STM32F412应用开发笔记之三：SPI总线通讯与AD采集

本次我们在NUCLEO-F412ZG试验模拟量输入采集。我们的模拟量输入采用ADI公司的AD7705，是一片16位两路差分输入的AD采集芯片。具有SPI接口，我们将采用SPI接口与AD7705通讯。两路输入一路接氧气传感器，一路接氢气传感器。

氧气传感器有两种，一种是顺磁氧气传感器，输出信号是4-20mA。所以须在输出端并一个250欧姆的电阻然后接到AD7705的采集小板上。灰色的线和白色的线分别是正负极。其样式如下：

另一种氧气传感器是电化学方式的，由于电化学传感器输出为毫伏信号（0-60mV），为了符合AD7705的信号采集范围，我在面包板上搭建了一个放大电路来用于测试，讲毫伏信号放大50倍，新城0-3VDC的信号以便AD7705采集板能够接受。

 

这两个传感器当暴露在空气中时，因为空气中氧含量约21%。氧气传感器的值是一个比较大的值。可能不是21%左右，因为没有校准。

氢气传感器是0-5VDC信号。氢气传感器的信号已经符合AD7705采集板的要求，可以直接上：

 

 AD7705采集板与外界的连接是SPI接口，在试验中我们采用STM32F412的SPI1，对应的引脚为：

40	PA4	SPI1_NSS	CN7_17
41	PA5	SPI1_SCK	CN7_10
42	PA6	SPI1_MISO	CN7_12
43	PA7	SPI1_MOSI	CN7_14

如下红框部分：

 

在STM32CubeMX中配置SPI1，先配置SPI接口的参数：

 

然后我们可以对引脚根据我们的使用习惯进行配置：

 

//SPI1及AD7705、AD5663相关的GPIO配置

void SPI1_GPIO_Configuration(void)

{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

 

  //配置SPI1的SCK和MOSI（PA5、PA7）

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

 

  //配置SPI1的MISO（PA6）

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;

  //GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出

  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

   

  //配置AD片选信号（PA4）

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

  GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

 

  SPI_AD7705_CS_HIGH();

}

 

//配置SPI

void SPI1_Configuration(void)

{        

  SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

  // SPI1配置

  SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工

  SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                       //设置SPI工作模式:设置为主SPI

  SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;                   //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构

  SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;                         //选择了串行时钟的稳态:空闲状态保持低电平

  SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;                        //数据捕获于第二个时钟沿

  SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                           //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制

  SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256

  SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;                  //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始

  SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;                            //CRC值计算的多项式

  SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);                                 //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器

 

  //使能SPI外设     

  SPI_SSOutputCmd(SPI1, ENABLE);

  SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);

} 

配置完成之后，利用AD7705的操作函数（我们在其他项目上已经写好并标准化了）就可以读取数据。软件在线调试如下：

 

通过IAR自带的IO终端可以方便地查看数据显示，关于IAR自带的IO终端的配置可以在网上查看，我博客园也有一片文章记录了使用方法。在IO终端中查看的结果如下：

 

因为是暴露在空气，所以氧气的数据比较大（因为传感器为校准，校准后应在21%左右，校准需要编写另外的程序），但氢气的数据几乎为0。