STM32F407 SPI配置并读取磁角度传感器AS5048a笔
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anxiaozhu
STM32的SPI模块是一种标准的全双工数据传输模块，很多传感器芯片都将其作为标准的数据传输协议。一般来说，STM32F4XX系列都自带3路SPI。
初始化
初始化主要分为两步，IO口初始化和SPI内设初始化。
为使SPI使用起来比较通用，故定义了一些标号。这样更换SPI会非常方便。
//#define SPI1_OPEN
//#define SPI2_OPEN
#define SPI3_OPEN
#ifdef SPI1_OPEN
#define Open_SPIx_NSS_PIN GPIO_Pin_0
#define Open_SPIx_NSS_PORT GPIOA
#define Open_SPIx_NSS_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOA
//#define Open_RCC_APB2Periph_SPIx RCC_APB2Periph_SPI1
#define Open_SPIx SPI1
#define Open_SPIx_CLK RCC_APB2Periph_SPI1
#define Open_SPIx_CLK_INIT RCC_APB2PeriphClockCmd
#define Open_SPIx_IRQn SPI1_IRQn
#define Open_SPIx_IRQHANDLER SPI1_IRQHandler
#define Open_SPIx_SCK_PIN GPIO_Pin_3
#define Open_SPIx_SCK_GPIO_PORT GPIOB
#define Open_SPIx_SCK_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define Open_SPIx_SCK_SOURCE GPIO_PinSource3
#define Open_SPIx_SCK_AF GPIO_AF_SPI1
#define Open_SPIx_MISO_PIN GPIO_Pin_4
#define Open_SPIx_MISO_GPIO_PORT GPIOB
#define Open_SPIx_MISO_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define Open_SPIx_MISO_SOURCE GPIO_PinSource4
#define Open_SPIx_MISO_AF GPIO_AF_SPI1
#define Open_SPIx_MOSI_PIN GPIO_Pin_5
#define Open_SPIx_MOSI_GPIO_PORT GPIOB
#define Open_SPIx_MOSI_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define Open_SPIx_MOSI_SOURCE GPIO_PinSource5
#define Open_SPIx_MOSI_AF GPIO_AF_SPI1
#elif defined SPI2_OPEN
#define Open_SPIx_NSS_PIN GPIO_Pin_0
#define Open_SPIx_NSS_PORT GPIOA
#define Open_SPIx_NSS_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOA
//#define Open_SPIx_NSS_SOURCE GPIO_PinSource10
#define Open_SPIx SPI2
#define Open_SPIx_CLK RCC_APB1Periph_SPI2
#define Open_SPIx_CLK_INIT RCC_APB1PeriphClockCmd
#define Open_SPIx_IRQn SPI2_IRQn
#define Open_SPIx_IRQHANDLER SPI2_IRQHandler
#define Open_SPIx_SCK_PIN GPIO_Pin_13
#define Open_SPIx_SCK_GPIO_PORT GPIOB
#define Open_SPIx_SCK_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define Open_SPIx_SCK_SOURCE GPIO_PinSource13
#define Open_SPIx_SCK_AF GPIO_AF_SPI2
#define Open_SPIx_MISO_PIN GPIO_Pin_14
#define Open_SPIx_MISO_GPIO_PORT GPIOB
#define Open_SPIx_MISO_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define Open_SPIx_MISO_SOURCE GPIO_PinSource14
#define Open_SPIx_MISO_AF GPIO_AF_SPI2
#define Open_SPIx_MOSI_PIN GPIO_Pin_15
#define Open_SPIx_MOSI_GPIO_PORT GPIOB
#define Open_SPIx_MOSI_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define Open_SPIx_MOSI_SOURCE GPIO_PinSource15
#define Open_SPIx_MOSI_AF GPIO_AF_SPI2
#elif defined SPI3_OPEN
#define Open_SPIx_NSS_PIN GPIO_Pin_0
#define Open_SPIx_NSS_PORT GPIOA
#define Open_SPIx_NSS_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOA
#define Open_SPIx SPI3
#define Open_SPIx_CLK RCC_APB1Periph_SPI3
#define Open_SPIx_CLK_INIT RCC_APB1PeriphClockCmd
#define Open_SPIx_IRQn SPI3_IRQn
#define Open_SPIx_IRQHANDLER SPI3_IRQHandler
#define Open_SPIx_SCK_PIN GPIO_Pin_10
#define Open_SPIx_SCK_GPIO_PORT GPIOC
#define Open_SPIx_SCK_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOC
#define Open_SPIx_SCK_SOURCE GPIO_PinSource10
#define Open_SPIx_SCK_AF GPIO_AF_SPI3
#define Open_SPIx_MISO_PIN GPIO_Pin_11
#define Open_SPIx_MISO_GPIO_PORT GPIOC
#define Open_SPIx_MISO_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOC
#define Open_SPIx_MISO_SOURCE GPIO_PinSource11
#define Open_SPIx_MISO_AF GPIO_AF_SPI3
#define Open_SPIx_MOSI_PIN GPIO_Pin_12
#define Open_SPIx_MOSI_GPIO_PORT GPIOC
#define Open_SPIx_MOSI_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOC
#define Open_SPIx_MOSI_SOURCE GPIO_PinSource12
#define Open_SPIx_MOSI_AF GPIO_AF_SPI3
#else
#error "Please select The COM to be used (in spi.h)"
#endif
初始化的源代码。
void SPI_Configuration(void)
{
SPI_InitTypeDef SPI_InitStruct;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(Open_SPIx_SCK_GPIO_CLK | Open_SPIx_MISO_GPIO_CLK | Open_SPIx_MOSI_GPIO_CLK,ENABLE); // 将SPI用到的IO管脚挂在到时钟上
Open_SPIx_CLK_INIT(Open_SPIx_CLK,ENABLE); //初始化SPI的时钟，注意，SPI2和SPI3用函数RCC_APB1PeriphClockCmd，SPI1用函数RCC_APB2PeriphClockCmd
//注意，以上两步实现的功能是不一样的。SPI作为单片机的内设，需要时钟进行工作。IO是不是SPI的一部分，只是可以复用成某一路SPI，IO口也有自己的时钟。
//端口复用
GPIO_PinAFConfig(Open_SPIx_SCK_GPIO_PORT, Open_SPIx_SCK_SOURCE, Open_SPIx_MOSI_AF);
GPIO_PinAFConfig(Open_SPIx_MISO_GPIO_PORT, Open_SPIx_MISO_SOURCE, Open_SPIx_MOSI_AF);
GPIO_PinAFConfig(Open_SPIx_MOSI_GPIO_PORT, Open_SPIx_MOSI_SOURCE, Open_SPIx_MOSI_AF);
// 端口复用设置，一般来说对SPI的使用影响并不是很大。
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = Open_SPIx_SCK_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(Open_SPIx_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = Open_SPIx_MISO_PIN;
GPIO_Init(Open_SPIx_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = Open_SPIx_MOSI_PIN;
GPIO_Init(Open_SPIx_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
// SPI的具体配置，每一步都很关键。具体需要查询所操作芯片的datasheet
SPI_I2S_DeInit(Open_SPIx);
SPI_InitStruct.SPI_Direction= SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //
SPI_InitStruct.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b; //一定要确定SPI的位数，这很重要
SPI_InitStruct.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStruct.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; //CPOL和下面的CPHA决定了SPI工作的MODE
SPI_InitStruct.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
SPI_InitStruct.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft ;
SPI_InitStruct.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16; //分频因子，跟SPI的工作频率有关
SPI_InitStruct.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //一般来说都是高位在前，具体可以参考传感器的芯片手册
SPI_InitStruct.SPI_CRCPolynomial = 15; // 校验，设置7位和设置15位好像没有区别
SPI_Init(Open_SPIx, &SPI_InitStruct);
// 使能SPI
SPI_Cmd(Open_SPIx, ENABLE);
/* 初始化NSS/Csn 管脚，初始化片选管脚*/
RCC_AHB1PeriphClockCmd(Open_SPIx_NSS_GPIO_CLK, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = Open_SPIx_NSS_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(Open_SPIx_NSS_PORT, &GPIO_InitStructure);//
GPIO_SetBits(Open_SPIx_NSS_PORT, Open_SPIx_NSS_PIN);
}
通过查阅芯片手册可以知悉，AS5048的SPI工作在mode2的模式。并且SPI的位数为16bits。
image.png
SPI发送接收函数
SPI是一种全双工的通信协议，意思是master每发向slave发送一个bit，slave同时也向master发送一个bit。
具体到as5048，SCK的上升沿是master发送slave接收的时刻，下降沿是salve发送master接收的时刻。明白这些时序，对用模拟IO口读取as5048有重要帮助，也对理解SPI的时序有重要帮助。
u16 SPI_ReadWriteData(u16 data)
{
while(SPI_I2S_GetFlagStatus(Open_SPIx, SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESET);
SPI_I2S_SendData(Open_SPIx,data);
while(SPI_I2S_GetFlagStatus(Open_SPIx, SPI_I2S_FLAG_RXNE)==RESET);
return SPI_I2S_ReceiveData(Open_SPIx);
}
此处操作的是STM32F407的库函数，具体到每个单片机，写法不尽相同，是代码移植时替换的核心代码。
as5048读取简介
首先看一下as5048的读取方式
image.png
读取一个寄存器内的数据需要进行两次通信。第一次是发送带有寄存器地址的read command(16位)，以表明我们想要采集的是哪个数据；第二次按理说是随便一个command，但是一般来说，可以给出下一步要操作的寄存器，这样节省读取的次数。
一个command package由14位地址、1位r/w标志位和1位校验位共16位组成。
image.png
读回来的数据由14位数据位、1位错误标志位和1位校验位共16位组成。
image.png
as5048清除错误标志
当SPI的工作方式不对、频率过高、两次读取的间隔太短、信号线之间互相干扰、电源不稳等等情况出现时，读取的数据可能会出错，错位标志位会被置高。此时需要清除错误标志位。
image.png
清除错误标志位的方式，即为读取错误标志寄存器。
值得注意的是，如果返回的数据持续有错，在检查接线、供电都没问题的情况下，那很有可能是SPI工作的方式选取的不对或者信号出现了干扰。
as5048读取源程序
struct as5048_data
{
uint8_t iserror;
uint16_t value;
uint16_t mag;
uint8_t agc;
double angle;
};
uint16_t SPI2_Read5048Data(uint16_t TxData);
u16 ClearAndNop(void);
struct as5048_data CollectData(void);
// 定义好附加偶校验位的各个寄存器读取指令
#define CMD_ANGLE 0xffff
#define CMD_AGC 0x7ffd
#define CMD_MAG 0x7ffe
#define CMD_CLAER 0x4001
#define CMD_NOP 0xc000
// as5048读取接收函数
uint16_t SPI2_Read5048Data(uint16_t TxData)
{
uint16_t data;
GPIO_ResetBits(Open_SPIx_NSS_PORT, Open_SPIx_NSS_PIN);
data=SPI_ReadWriteData(TxData);
GPIO_SetBits(Open_SPIx_NSS_PORT, Open_SPIx_NSS_PIN);
return data;
}
struct as5048_data CollectData()
{
uint16_t anglereg = 0, magreg = 0, agcreg = 0;
uint16_t mag = 0, value = 0;
double angle = 0.0;
uint8_t agc = 0;
struct as5048_data Temp = {1,0,0,0,0.0};
SPI2_Read5048Data(CMD_ANGLE);SPI2_Read5048Data(CMD_ANGLE);
anglereg = SPI2_Read5048Data(CMD_MAG); value = anglereg & 0x3fff;
magreg = SPI2_Read5048Data(CMD_AGC); mag = magreg & 0x3fff;
agcreg = SPI2_Read5048Data(CMD_NOP); agc = (uint8_t)agcreg & 0x00ff;
angle = (value * 360.0)/16384.0;
if ((anglereg & 0x4000) | (magreg & 0x4000) | (agcreg & 0x4000))
{
ClearAndNop();
//rt_kprintf("There is and error!\n");
Temp.iserror = 1;
}
else
{
Temp.iserror = 0;
Temp.angle = angle;
Temp.mag = mag;
Temp.agc = agc;
Temp.value = value;
}
return Temp;
}
// as5048清除错误标志位
u16 ClearAndNop(void)
{
GPIO_ResetBits(Open_SPIx_NSS_PORT, Open_SPIx_NSS_PIN);
SPI2_Read5048Data(0x4001); // 附加偶校验的错误标志位清除命令
GPIO_SetBits(Open_SPIx_NSS_PORT, Open_SPIx_NSS_PIN);
delay_us(10); // 两次命令之间有350ns的间隔，源自官方datasheet
GPIO_ResetBits(Open_SPIx_NSS_PORT, Open_SPIx_NSS_PIN);
SPI2_Read5048Data(0xc000); // 附加偶校验的错误标志位清除命令
GPIO_SetBits(Open_SPIx_NSS_PORT, Open_SPIx_NSS_PIN);
}
附1 as5048的时序图
image.png
