正点原子STM32F407+AD7606+RT-Thread Studio 调试记录_正点原子ad7606

介绍

项目要求采集6路压力传感器1-5V数据。
经过选型比较，选择AD7606 8通道采样器件，从淘宝买的采样模块。

时序图

说明：图一是整体的一个时序框图，大体的逻辑就是在使用AD7606之前要先复位一下,复位信号是高电平有效，时间至少为50ns。然后就是对采样速率和量程的配置，也就是对OS0,OS1,OS2和RANGE脚的配置，然后再对一些引脚进行一些初始化（也可以直接在GPIO配置的时候进行初始化）。之后就是发送启动信号，也就是将CVA，CVB拉低至少25ns后再拉高（启动信号上升沿有效）。之后AD7606开始转换，BUSY信号线拉高，如果BUSY信号线拉低则表明转换已经完成。转换完成后将CS片选信号线拉低才可以进行数据读取，读取完成后将CS片选信号线拉高即可。

图二是串行通讯对数据进行读取的时序框图，讲的是在AD7606转换完成后将CS片选信号拉低后的操作。转换完成后CS片选信号拉低，开始读取数据。由于是16位8通道ADC，一次读取一个字节，所以一个通道需要读取两次数据。因为是高位在前低位在后所以就是先读取的是MSB，后读取的LSB，数据需要SCLK下降沿有效。经过16*8 = 128个SCLK读取后已经全部将ADC转换的数据全部读取完了，之后就可以将CS片选信号拉高了（由于串行通讯FRSTDATA数据线可以不接，所以并没有用到这个脚）。

图三是对一个字节的读取，顺序也就是现将时钟线拉高后拉低然后读取一下当前的值然后拉高，重复八次就是一个字节的读取。（MSB的最高位为符号位，若为1则数据为负数，若为0则数据为正数）

调试

主控板是正点原子探索者STM32F407ZGT6，环境：RT-Thread Studio 。
从初始化到跑通的整个过程。

首先，控制器和AD7606采用的是软件模拟SPI通信，对软件SPI先进行初始化。

SPI引脚初始化函数：bsp_InitSPIBus();

分别对SPI的MOSI、MISO和SCLK引脚进行初始化。（因为是主机接收从机发送，因此MOSI引脚可以不接）

void bsp_InitSPIBus(void)
{
#ifdef SOFT_SPI     /* 软件SPI */
      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

      __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
      __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
		
      /*Configure GPIO pins : PIN_SCK=PF0 PORT_MOSI=PB5*/
      GPIO_InitStruct.Pin   = PIN_MOSI;
      GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
      GPIO_InitStruct.Pull  = GPIO_NOPULL;
      GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
      HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

      GPIO_InitStruct.Pin   = PIN_SCK;
      HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);

      /*Configure GPIO pins : PIN_MISO = PF1*/
      GPIO_InitStruct.Pin = PIN_MISO;
      GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
      GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
      GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
      HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);
#endif

}
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AD7606初始化：bsp_spi_InitAD7606();

基于软件模拟SPI对AD7606器件进行初始化。

初始化函数如下所示：其中包含3个函数，分别是引脚配置，硬件复位和开启转换。

*********************************************************************************************************
*   函 数 名:  bsp_InitAD7606
*   功能说明: 初始化AD7606 SPI口线
*   形    参：     无
*   返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_spi_InitAD7606(void)
{
    AD7606_ConfigGPIO();        /* 配置GPIO */

    AD7606_RESET();             /* 硬件复位复AD7606 */
    
    AD7606_CONVST_H;            /* CONVST脚设置为高电平 */
}
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引脚配置函数

AD7606_ConfigGPIO();        /* 配置GPIO */
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引脚配置函数如下：包括CS_Pin（片选信号），RANGE_Pin（量程），RESET_Pin（复位），CONVST_Pin（转换），BUSY_Pin（忙）。OS0、OS1、OS2。

void AD7606_ConfigGPIO(void)
{

      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

      /* GPIO Ports Clock Enable */
      __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
      __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
      __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
      __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
      __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
      __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

      /*Configure GPIO pins : PE2 PE3 PE4 */
      GPIO_InitStruct.Pin   = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4;
      GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
      GPIO_InitStruct.Pull  = GPIO_NOPULL;
      GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
      HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);

      /*Configure GPIO pins : RANGE_Pin CS_Pin */
      GPIO_InitStruct.Pin   = RANGE_Pin|CS_Pin;
      GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
      GPIO_InitStruct.Pull  = GPIO_NOPULL;
      GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
      HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

      /*Configure GPIO pins : RESET_Pin CONVST_Pin */
      GPIO_InitStruct.Pin  = RESET_Pin|CONVST_Pin;
      GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
      GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
      GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
      HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

      /*Configure GPIO pin : BUSY_Pin */
      GPIO_InitStruct.Pin  = BUSY_Pin;
      GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
      GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
      HAL_GPIO_Init(BUSY_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}
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AD7606复位函数：AD7606_RESET(void)

AD7606复位函数如下，根据时序图:
实现如下程序：

void AD7606_RESET(void)
{
    AD7606_CS_H;
    AD7606_RESET_L;
    AD7606_RESET_H;
    AD7606_RESET_H;
    AD7606_RESET_H;
    AD7606_RESET_H;
    AD7606_RESET_L;
}
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将转换引脚设置为高电平，开启一次转换。

AD7606_CONVST_H;            /* CONVST脚设置为高电平 */
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初始化完成之后，在主程序中对AD7606进行扫描：

扫描：AD7606_Scan()

根据时序图可知，在BUSY线信号为低并且片选CS信号为低时，表示一次转换完成。

读取数据的时序是在t4之后的那段时序的细化表现。同时，根据下图所示的串行读取数据操作可看出，SPI的SCLK工作在空间高电平，在sclk第一个边沿读取数据的模式。

//定义 数组接收8路数据
static int16_t s_adc_now[8];
 /*函 数 名: AD7606_scan
 功能说明: 扫描调用本函数，用于读取AD转换器数据
 /* 此函数代码按照时序编写 */
 //一次读取8个字节，时序是16字节，分开读取。

//宏定义判断BUSY_IS_LOW是否为低
#define BUSY_IS_LOW()   ((GPIOA->IDR & GPIO_PIN_5) == 0)


void AD7606_Scan(void)
{
    uint8_t i;
    /* BUSY = 0 时.ad7606处于空闲状态ad转换结束 */
    if (BUSY_IS_LOW())
    {
        AD7606_CS_L; /* SPI片选 = 0 */
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            s_adc_now[i] = bsp_spiRead1();
            s_adc_now[i] = s_adc_now[i] * 256 + bsp_spiRead1(); /* 读数据 */
        }

      AD7606_CS_H; /* 读取数据完成之后,拉高SPI片选 = 1 */
      AD7606_STARTCONV();   /* 给开始信号,继续下一次转换 */

    }
}
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软件读取SPI函数：

读取AD7606的采样结果：ad7606_ReadBytes

/*
*********************************************************************************************************
*   函 数 名: ad7606_ReadBytes
*   功能说明: 读取AD7606的采样结果
*   形    参：
*   返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t bsp_spiRead1(void)
{
#ifdef SOFT_SPI     /* 软件SPI */
    uint8_t i;
    uint8_t read = 0;
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        SCK_0();
        bsp_spiDelay();
        read = read << 1;
        if (MISO_IS_HIGH())
        {
            read++;
        }
        SCK_1();
        bsp_spiDelay();
    }
    return read;
#endif
}
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时序延迟：bsp_SpiDelay（）

通过循环实现物理延迟。

/*
*********************************************************************************************************
*   函 数 名: bsp_SpiDelay
*   功能说明: 时序延迟
*   形    参: 无
*   返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_spiDelay(void)
{
#if 1
    uint32_t i;
    /*
        延迟5时， F407 (168MHz主频)GPIO模拟，实测 SCK 周期 = 480ns (大约2M)
    */
    for (i = 0; i < 5; i++);
#else
    /*
        不添加延迟语句， F407 (168MHz主频)GPIO模拟，实测 SCK 周期 = 200ns (大约5M)
    */
#endif
}
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处理数据：AD7606_Mak()

分辨率是16位，因此除以16。

/*  
函 数 名: AD7606_Mak
功能说明: 处理采样后的数据
形    参：无
返 回 值: 无
*/

static int16_t s_dat[8];

static int16_t s_volt[8];

void AD7606_Mak(void)
{
    uint8_t i;
    int16_t adc;

    for (i = 0;i < 8; i++)
    {
        s_dat[i] = AD7606_ReadAdc(i);
        adc = s_dat[i];
        s_volt[i] = (adc * 10000) / 32767;//10V量程
    }
}
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读取ADC函数：AD7606_ReadAdc(uint8_t _ch)

/*
函 数 名: AD7606_ReadAdc
功能说明:从FIFO中读取一个ADC值 
形参：_ch
返 回 值: adc数据
*/
int16_t AD7606_ReadAdc(uint8_t _ch)
{
    int16_t sAdc;
    DISABLE_INT();//关闭全部中断
    sAdc = s_adc_now[_ch];
    ENABLE_INT();//开启全部中断
    return sAdc;
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结果打印：AD7606_Disp();

测量电压范围是-5V到+5V。

/*
函 数 名: AD7606_Disp
功能说明: 显示采样后的数据
形    参：无
返 回 值: 无
*/
void AD7606_Disp(void)
{
    int16_t i;
    int16_t iTemp;

    /* 打印采集数据 */
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        iTemp = s_volt[i];  /* uV  */

        if (s_dat[i] < 0)
        {
            iTemp = -iTemp;
          rt_kprintf(" CH%d = %6d,0x%04X (-%d.%d%d%d V) \r\n", i+1, s_dat[i], (uint16_t)s_dat[i], iTemp /1000, (iTemp%1000)/100, (iTemp%100)/10,iTemp%10);
        }
        else
        {
          rt_kprintf(" CH%d = %6d,0x%04X ( %d.%d%d%d V) \r\n", i+1, s_dat[i], s_dat[i] , iTemp /1000, (iTemp%1000)/100, (iTemp%100)/10,iTemp%10);
        }
    }
}
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结果显示

未测量时候电压有浮动。

测量后结果：
通道1接3.3V电源。

通道2接3.3V电源。

测量结果稳定。

展望

卡尔曼滤波

在对数据进行采集之后，添加卡尔曼滤波，对数据信息过滤处理。

#define KalMan_Q 1
#define KalMan_R 1000
float Kalman(float z)
{
 static float x_1;
 float x_mid = x_1;
 float x_now;
 
 static float p_1;
 float p_mid = p_1;
 float p_now;
 
 float k;
 x_mid = x_1;
 p_mid = p_1 +KalMan_Q;
 
 k = p_mid/(p_mid+KalMan_R);
 x_now = x_mid+k*(z-x_mid);
 p_now = (1-k)*p_mid;
 p_1 = p_now;
 x_1 = x_now;
 
 return x_now;
  
}
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参考链接