MPU-60X0 bao gồm ba con quay hồi chuyển tốc MEMS rung độc lập, mà có thể phát hiện vòng quay của trục X, Y, và Z. Khi con quay đƣợc quay về bất kỳ trục cảm biến nào thì hiệu ứng Coriolis gây ra một sự rung động đƣợc phát hiện bởi phần chọn lọc điện dung. Tín hiệu kết quả đƣợc khuếch đại, điều chế, và lọc để sản xuất một điện áp tỷ lệ với tốc độ góc. Điện áp này đƣợc số hóa sử dụng cá nhân trên chip bộ đổi tƣơng tự ra số tự 16-bit (ADC) để lấy mẫu mỗi trục. Quy mô đầy đủ của các bộ các cảm biến con quay có thể đƣợc lập trình kỹ thuật số đến ± 250, ± 500, ± 1000, hoặc ± 2000 độ mỗi giây (dps). Tỷ lệ mẫu ADC có thể lập trình từ 8.000 mẫu mỗi giây, giảm xuống còn 3,9 mẫu trong một giây, và bộ lọc thông thấp lựa chọn ngƣời dùng cho phép một loạt các tần số ngắt.
2.5.1. Gia tốc kế MEMS ba trục với ADC 16-bit và điều kiện tín hiệu
Gia tốc kế 3 trục của MPU-60X0 sử dụng khối lƣợng bằng chứng riêng biệt cho mỗi trục. Gia tốc trên cùng một trục đặc biệt gây ra sự dịch chuyển trên khối lƣợng bằng chứng tƣơng ứng, và cảm các biến điện dung phát hiện độ dịch chuyển theo kiểu khác. Cấu trúc của MPU-60X0 làm giảm tính nhạy cảm của gia tốc xuống biến thiên chế tạo cũng nhƣ trôi nhiệt. Khi thiết bị đƣợc đặt trên một bề mặt bằng phẳng, nó sẽ đo 0g trên trục X và Y và +1g trên trục Z. Yếu tố quy mô gia tốc đƣợc hiệu chỉnh tại nhà máy và trên danh nghĩa độc lập với điện áp cung cấp. Mỗi cảm biến có một Sigma-delta ADC chuyên dụng để cung cấp kết quả đầu ra kỹ thuật số. Phạm vi quy mô đầy đủ của đầu ra kỹ thuật số có thể đƣợc điều chỉnh đến ± 2g, ± 4g, ± 8g, hoặc ± 16g
Các bộ xử lý chuyển động kỹ thuật số nhúng (DMP) nằm trong MPU - 60X0 và giảm tải việc tính toán của thuật toán xử lý chuyển động từ bộ vi xử lý máy chủ. DMP thu dữ liệu từ gia tốc, con quay hồi chuyển, và cảm biến thứ 3 bổ sung nhƣ từ kế, và các quá trình xử lí dữ liệu. Các kết quả dữ liệu có thể đƣợc đọc từ sổ của DMP, hoặc có thể đƣợc đệm trong một FIFO. DMP đã truy cập vào một trong những chốt bên ngoài MPU, mà có thể đƣợc sử dụng để tạo ra ngắt. Mục đích của DMP là để giảm tải cả hai yêu cầu thời gian và xử lý điện năng từ bộ vi xử lý máy chủ. Thông thƣờng, thuật toán xử lý chuyển động nên đƣợc chạy với tốc độ cao, thƣờng xung quanh 200Hz, để cung cấp kết quả chính xác với độ trễ thấp. Điều này là cần thiết ngay cả khi cập nhật ứng dụng với tốc độ thấp hơn nhiều. Ví dụ: một giao diện ngƣời sử dụng điện năng thấp có thể cập nhật chậm khoảng 5Hz, nhƣng việc xử lý chuyển động vẫn nên chạy ở 200Hz. DMP có thể đƣợc sử dụng nhƣ một công cụ để giảm thiểu năng lƣợng, đơn giản hóa thời gian, đơn giản hóa kiến trúc phần mềm, và tiết kiệm MIPS có giá trị trong việc xử lý để sử dụng trong các ứng dụng.
MPU-60X0 giao tiếp với một bộ xử lý hệ thống bằng cách sử dụng một SPI (chỉ MPU-6000) hoặc một giao diện nối tiếp I2C. MPU-60X0 luôn luôn hoạt động nhƣ một hệ thụ động khi giao tiếp với các bộ xử lý hệ thống. LSB của địa chỉ hệ thụ động I2C đƣợc thiết lập bởi chân chip 9 (AD0). Các mức logic cho thông tin liên lạc giữa các MPU-60X0 và máy chủ của nó là nhƣ sau:
MPU-6000: Mức logic cho thông tin liên lạc với máy chủ đƣợc thiết lập bởi điện áp trên VDD
bởi điện áp trên VLOGIC Để biết thêm thông tin về các mức logic của MPU6050 MPU-60X0 có một bus I2C (bộ nối, mạch nối) phụ trợ cho giao tiếp với một chíp ngắt (bộ vi xử lí trung tâm ngắt) từ kế đầu ra kỹ thuật số 3 trục hoặc các cảm biến khác. Bus này có hai chế độ hoạt động:
Chế độ Master I2
C MPU-60X0 hoạt động nhƣ một máy chủ đối với bất kỳ bộ cảm biến bên ngoài kết nối với bus I2C phụ trợ.
Chế độ truyền qua: MPU-60X0 kết nối trực tiếp các bus I2C chính và phụ trợ với nhau, cho phép bộ vi xử lý hệ thống trực tiếp giao tiếp với bất kỳ bộ cảm biến bên ngoài nào. Chế độ Bus I2C phụ trợ hoạt động nhƣ sau:
Chế độ Master I2
C: Cho phép MPU-60X0 trực tiếp truy cập bộ ghi dữ liệu của các cảm biến kỹ thuật số bên ngoài, chẳng hạn nhƣ một từ kế. Trong chế độ này, MPU-60X0 trực tiếp thu số liệu từ các cảm biến phụ trợ, cho phép DMP trên chip để tạo ra dữ liệu kết hợp bộ cảm biến mà không cần sự can thiệp từ ứng dụng hệ thống xử lý.
Ví dụ, trong Chế độ Master I2
C, MPU-60X0 có thể đƣợc cấu hình để thực hiện việc đọc khối tín hiệu, trả lại dữ liệu sau đây từ một từ kế:
Dữ liệu từ kế X (2 byte) Dữ liệu từ kế Y (2 byte) Dữ liệu từ kế Z (2 byte)
Chế độ Master I2C có thể đƣợc cấu hình để đọc lên đến 24 bytes, lên đến 4 bộ cảm biến phụ trợ. Một cảm biến thứ năm có thể đƣợc cấu hình để làm việc chế độ đọc / ghi byte đơn giản.
Chế độ truyền qua: Cho phép một bộ xử lý hệ thống bên ngoài hoạt động nhƣ máy chủ và trực tiếp giao tiếp với các bộ cảm biến bên ngoài kết nối với các chân bus I2C phụ trợ (AUX_DA và AUX_CL). Trong chế độ này, logic điều khiển bus I2C phụ trợ (khối giao diện cảm ứng bên 3) của MPU-60X0 bị vô hiệu hóa, và các chân I2C phụ trợ AUX_DA và AUX_CL (Các chân 6 và 7) đƣợc kết nối với bus I2C chính (Các chân 23 và 24) thông qua chuyển mạch tƣơng tự. Chế độ truyền qua rất hữu ích cho việc cấu hình các bộ cảm biến bên ngoài, hoặc để giữ cho các MPU-60X0 trong một chế độ công suất thấp khi chỉ có các cảm biến bên ngoài đƣợc sử dụng. Trong chế độ Pass-Through bộ vi xử lý hệ thống vẫn có thể truy cập dữ liệu MPU-60X0 qua giao diện I2
C. Các mức logic IO Bus I2C phụ trợ MPU-6000: Mức logic của Bus I2C phụ trợ là VDD
MPU-6050: Mức logic của Bus I2C phụ trợ có thể đƣợc lập trình bởi hoặc VDD hoặc VLOGIC