STM32應用實例八:與多台MS5803壓力傳感器I2C通訊


MS5803壓力傳感器支持SPI和I2C總線通訊,擁有24位AD轉換。能夠同時獲得壓力值和溫度值,其中壓力測量范圍為10-1100mbar,溫度的測量范圍是-40-85攝氏度。各引腳功能及參數如下:

傳感器內部結構圖如下:

 

通訊協議的選擇通過PS引腳來設置:

PS引腳電位

通訊模式

使用的引腳

高電平

I2C

SDA, SCL, CSB

低電平

SPI

SDI, SDO, SCLK, CSB

在SPI模式下,SCLK作為外部輸入時鍾,SDI作為串行數據輸入,支持Mode0和Mode3的時鍾極性和相位。傳感器的響應數據輸出為SDO引腳,片選信號為CSB引腳。界限示意圖如下:

 

在I2C模式下,SCLK為外部串行時鍾輸入,SDA位串行數據通訊。CSB引腳作為地只選擇,可以鏈接到VDD或者GND,這也意味着MS5803可以在一條I2C總線接兩個設備。在CSP接高電平時,地址為0x76(1110110 b),而CSB接低電平時,地址為0x77 (1110111 b)這個地址是高七位,最后以為有讀寫命令來決定。實現寫命令時,最后一位為0,實現讀命令時,最后一位為1。

MS5803擁有5個基本命令:復位、讀取出廠校准值、數據1轉換(壓力值數據)、數據2轉換(溫度值數據)和讀取ADC的轉換結果。具體分配如下:

 

因為MS5803的地址位僅有1位是可以設定的,所以一條I2C總線最多只能掛2個MS5803模塊。為了讓程序具有較好的可移植性,我們在便寫程序時不使用對硬件的直接操作,而采用函數指針來操作,所以我們定義了:

/*向MS5803下發指令,指令格式均為1個字節*/

typedef void (*WriteCommandToMS5803Type)(uint8_t deviceAddress,uint8_t command);

/*從MS5803讀取多個字節數據的值*/

typedef void (*ReadBytesFromMS5803Type)(uint8_t deviceAddress,uint8_t *pData,uint16_t bytesNum);

以上兩個函數指針來實現針對硬件的讀寫操作。接下來我們開始編寫代碼。

1)復位操作

復位操作的數據流如下圖所示,只需要發送一條命令就可完成:

/*復位MS5803操作*/

void ResetForMS5803(uint8_t deviceAddress,WriteCommandToMS5803Type WriteCommandToMS5803)

{

  uint8_t command=COMMAND_RESET;

  /*下發復位命令*/

  WriteCommandToMS5803(deviceAddress,command);

}

2)讀取校准值

校准值是出廠時廠家校准的各種系數,每台設備都有差異,是固定不變的,只需要一次讀取就可以了,共有6個系數,均為16為整數。首先發送讀系數的命令,然后讀取就可以了,每次讀取1個,分6次讀取。過程數據流如下圖所示: 

/*從MS5803的PROM中讀取校准數據*/

void GetCalibrationData(uint8_t deviceAddress,uint16_t *caliPara,WriteCommandToMS5803Type WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803Type ReadBytesFromMS5803)

{

  /*C1壓力靈敏度*/

  caliPara[0]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C1,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  /*C2壓力補償值*/

  caliPara[1]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C2,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  /*C3壓力靈敏度溫度系數*/

  caliPara[2]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C3,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  /*C4壓力補償溫度系數*/

  caliPara[3]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C4,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  /*C5參考溫度*/

  caliPara[4]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C5,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  /*C6溫度傳感器溫度系數*/

  caliPara[5]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C6,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

}

3)讀取轉換值

讀取轉換結果值是我們的目的,可以讀取溫度和壓力兩個量,不過一次只能讀一個。首先發送命令設定采集壓力還是溫度,並設定精度。然后發送讀取的命令,最后讀取對應的值。再使用校准系數計算出最終的物理值。

/*獲取轉換值,包括溫度和壓力*/

void GetConversionValue(uint8_t deviceAddress,float *pPres,float *pTemp,uint16_t *caliPara,uint16_t *semaphore,WriteCommandToMS5803Type WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803Type ReadBytesFromMS5803)

{

  uint16_t senst1;        //C1壓力靈敏度

  uint16_t offt1;         //C2壓力補償值

  uint16_t tcs;           //C3壓力靈敏度溫度系數

  uint16_t tco;           //C4壓力補償溫度系數

  uint16_t tref;          //C5參考溫度

  uint16_t tempsens;      //C6溫度傳感器溫度系數

 

  /*從MS5803的PROM中讀取校准數據*/

  if(*semaphore>0)

  {

    GetCalibrationData(deviceAddress,caliPara,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

    *semaphore=*semaphore-1;

  }

  senst1=caliPara[0];

  offt1=caliPara[1];

  tcs=caliPara[2];

  tco=caliPara[3];

  tref=caliPara[4];

  tempsens=caliPara[5];

 

  uint32_t digitalPressureValue;

  uint32_t digitalTemperatureValue;

 

  /*讀取壓力數據*/

  digitalPressureValue=ReadConversionFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_CONVERTD1OSR4096,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

 

  Delayms(20);

 

  /*讀取溫度數據*/

  digitalTemperatureValue=ReadConversionFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_CONVERTD2OSR4096,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

 

  /*對溫度進行一階修正*/

  int32_t dT;

  int32_t temp;

  dT=digitalTemperatureValue-tref*256;

  temp=(int32_t)(2000+dT*tempsens/pow(2,23));

 

  /*對壓力進行一階修正*/

  int64_t off;

  int64_t sens;

  int32_t pres;

  off=(int64_t)(offt1*pow(2,17)+(tco*dT)/pow(2,6));

  sens=(int64_t)(senst1*pow(2,16)+(tcs*dT)/pow(2,7));

  pres=(int32_t)((digitalPressureValue*sens/pow(2,21)-off)/pow(2,15));

 

  /*對溫度和壓力進行二階修正*/

  int64_t ti=0;

  int64_t offi=0;

  int64_t sensi=0;

  int64_t off2=0;

  int64_t sens2=0; 

 

  if(temp<2000)

  {

    ti=(int64_t)(11*dT*dT/pow(2,35));

    offi=(int64_t)(31*(temp-2000)*(temp-2000)/pow(2,3));

    sensi=(int64_t)(63*(temp-2000)*(temp-2000)/pow(2,5));

   

    off2=off-offi;

    sens2=sens-sensi;

   

    temp=temp-(int32_t)ti;

    pres=(int32_t)((digitalPressureValue*sens2/pow(2,21)-off2)/pow(2,15));

  }

 

  if((-4000<=temp)&&(temp<=8500))

  {

    *pTemp=(float)temp/100.0;

  }

  if((1000<=pres)&&(pres<=190000))

  {

    *pPres=(float)pres/100.0;

  }

}

最終在STM32的I2C接口實現通訊時,實現2個WriteCommandToMS5803Type(uint8_t deviceAddress,uint8_t command);和ReadBytesFromMS5803Type(uint8_t deviceAddress,uint8_t *pData,uint16_t bytesNum);函數並調用就可以了,換做其他的平台也只需要重寫這兩個函數就能實現通訊了。


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