17-CubeMx+Keil+Proteus仿真STM32 - SPI

本文例子参考《STM32单片机开发实例——基于Proteus虚拟仿真与HAL/LL库》
源代码:https://github.com/LanLinnet/STM32F103R6

项目要求

掌握SPI总线通信规则,使用单片机每隔1s读取一次温度传感器TC72的温度值,并通过串口将读取的温度值发送出去。串口通信参数:波特率为19200bits/s,无校验。

硬件设计

  1. 第一节的基础上,在Proteus中添加电路如下图所示。其中我们添加了一个串行温度传感器TC72

    此外,我们还添加了两个虚拟仪表:一个虚拟终端VIRTUAL TERMINAL和一个SPI总线调试工具SPI DEBUGGER

    虚拟终端VIRTUAL TERMINAL的设置如下。

  2. SPI:
    1)简介:SPI(Serial Peripheral Interface, 串行外设接口)是由美国Motorola公司推出的一种同步串行通信接口,用于串行连接微处理器与外围芯片。SPI采用主从通信模式,通常为一主多从结构,通信时钟由主机控制,在时钟信号的作用下,数据先传送高位,再传送低位。
    2)接口:SPI通信至少需要以下4根线。

    • SCLK:时钟线,用于提供通信所需的时钟基准信号。
    • MOSI:主出从入数据线,对于主机而言是数据输出总线,对从机是数据输入总线。
    • MISO:主入从出数据线,对于主机而言是数据输入总线,对从机是数据输出总线。
    • \(\overline{CS}\):片选信号,低电平有效。但是对于本次项目所用的TC72,有效电平为高电平

    3)通信时序:SPI通信的工作时序有4种,具体由CPHA(Clock Phase,时钟相位)和CPOL(Clock Polarity,时钟极性)决定。SPI的4种通信模式如下表,时序图如下分别列出。

    • 模式0(CPOL=0 CPHA=0)
    • 模式1(CPOL=0 CPHA=1)
    • 模式2(CPOL=1 CPHA=0)
    • 模式3(CPOL=1 CPHA=1)
  3. TC72:
    1)简介:TC72是由美国Microchip公司出品的串行温度传感器,兼容SPI通信协议,温度测量范围为-55℃-+125℃,分辨率为10位(0.25℃/bit)。
    2)引脚:TC72的引脚功能如下表所示。

    3)工作模式:TC72的工作模式有以下两种:

    • 连续转换模式(Continuous Conversion Mode):每隔150ms进行1次温度转换。
    • 单次转换模式(One-Shot Mode):转换1次后就进入省电模式。

    TC72的温度转换结果采用左对齐数据存储格式:高字节存放温度值转换结果的整数部分,最高位T9为符号位;低字节高2位存放温度值转换结果的小数部分,数据以补码形式存放。其寄存器地址如下表所示。

  4. 打开CubeMX,建立工程。STM32F103R6单片机自带一个SPI模块,但是为了便于移植,本项目中采用GPIO引脚模拟SPI时序。设置PA4、PA5、PA7均为GPIO_Output,PA6均为GPIO_Input。点击“Categories”中的“GPIO”,修改GPIO各参数如下图所示。

    随后进行串口设置,如下图所示,这里就不赘述了,具体可以参考第13节

  5. 点击“Generator Code”生成Keil工程。

软件编写

  1. 考虑到代码的可移植性,这里将SPI和TC72的驱动代码全部封装成函数并分别归入头文件“vSPI.h”和“TC72.h”中。我们可以先在...\Core\Src文件夹中建立这两个头文件,此时Keil可能找不到对应文件,可以直接将文件拽入Keil中进行编辑,然后再在“main.c”文件中进行include。

  2. 点击“Open Project”在Keil中打开工程,打开“vSPI.h”,添加代码如下。

    #ifndef INC_VSPI_H_
    #define INC_VSPI_H_
    
    #include "main.h"
    
    //软件延时函数,单位为微秒
    void delay_us(uint16_t n)
    {
      uint16_t i = n * 8;
      while(i--);
    }
    
    //SPI总线使能
    void vSPI_En()
    {
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vCE_Pin, GPIO_PIN_SET);
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
      delay_us(4);
    }
    
    //SPI总线禁止
    void vSPI_Dis()
    {
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_SET);
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vCE_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    }
    
    //SPI主站发送1字节
    void vSPI_SndByte(uint8_t dat)		//dat表示发送的字节
    {
      uint8_t i;
      for(i=0; i<8; i++)
      {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        delay_us(4);
        if(dat & 0x80)
        {
          HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vMOSI_Pin, GPIO_PIN_SET);
        }
        else 
          HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vMOSI_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        dat<<=1;
        //上升沿
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_SET);
        delay_us(4);
      }
    }
    
    //SPI主站接收1字节数据
    uint8_t vSPI_RcvByte()
    {
      uint8_t i, dat=0;
      for(i=0;i<8;i++)
      {
        delay_us(4);
        dat<<=1;
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, vMISO_Pin) == GPIO_PIN_SET)
        {
          dat |= 0x01;
        }
        else
          dat &= 0xfe;
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_SET);
      }
      return dat;		//返回1字节数据
    }
    
    #endif /* INC_VSPI_H_ */
    

    打开“TC72.h”,添加代码如下。

    #ifndef INC_TC72_H_
    #define INC_TC72_H_
    
    #include "main.h"
    #include "vSPI.h"
    
    //宏定义
    #define _TC72_CTRL_R 		0x00		//控制寄存器地址(读)
    #define _TC72_CTRL_W 		0x80		//控制寄存器地址(写)
    #define _TC72_Dat_LSB 		0x01		//温度低字节地址(读)
    #define _TC72_Dat_MSB 		0x02		//温度高字节地址(读)
    #define _TC72_ID 		0x03		//制造商ID(读)
    #define _TC72_OnceCnv 		0x15		//单次转化指令
    #define _TC72_ContinueCnv    0x05		//连续转化指令
    
    //发送转化指令
    void TC72_Convert(uint8_t Instr)		//Instr为指令
    {
      vSPI_En();		//SPI总线使能
      vSPI_SndByte(_TC72_CTRL_W);		//发送控制寄存器地址(写)
      vSPI_SndByte(Instr);		//发送转化指令
      vSPI_Dis();		//SPI总线禁止
    }
    
    //读温度
    float TC72_TemperatureRd()
    {
      uint8_t DatL, DatM;		//高低字节
      int16_t Dat;		//最终接收数据
      float t;		//转化温度
      vSPI_En();		//SPI总线使能
      vSPI_SndByte(_TC72_Dat_MSB);		//发送温度高字节地址(读)
      DatM = vSPI_RcvByte();		//SPI主站接收1字节(高)
      DatL = vSPI_RcvByte();		//SPI主站接收1字节(低)
      vSPI_Dis();		//SPI总线禁止
      Dat = DatM;	
      Dat <<= 8;
      Dat += DatL;	//组合高低字节
      t = ((float)(Dat))/256;		//转化温度
      return t;		//返回温度值
    }
    
    #endif /* INC_TC72_H_ */
    
  3. 随后我们需要在main.c文件中的最前面引入我们自定义的头文件

    /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
    /* USER CODE BEGIN Includes */
    #include "stdio.h"	//引入输入输出标准库
    #include "vSPI.h"		//引入自定义头文件
    #include "TC72.h"
    /* USER CODE END Includes */
    

    在main函数中定义需要通过串口发送的字符串

    /* USER CODE BEGIN 1 */
    float t;
    char str1[] = "Temperature:";
    char str2[10];		//存放温度字符串
    /* USER CODE END 1 */
    

    最后,在while(1)中调用我们自定义的函数对TC72和串口进行操作

    /* USER CODE BEGIN WHILE */
    while (1)
    {
      HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str1, 12, 12);		//串口发送str1
      TC72_Convert(_TC72_OnceCnv);		//单次转化指令
      HAL_Delay(100);
      t = TC72_TemperatureRd();		//读传感器温度
      sprintf(str2, "%f", t);		//将温度t由浮点型转化为字符串并存入数组str2
      HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str2, 7, 7);		//串口发送str2
      HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&"\n\r", 2, 2);
      HAL_Delay(900);
    /* USER CODE END WHILE */
    
    /* USER CODE BEGIN 3 */
    }
    /* USER CODE END 3 */
    

联合调试

  1. 点击运行,生成HEX文件。
  2. 在Proteus中加载相应HEX文件,点击运行。可以看到虚拟终端“VIRTUAL TERMINAL”每隔1秒都会显示一次TC72的温度,调节TC72的温度值,虚拟终端的显示也会跟着改变。
posted @ 2022-05-30 10:53  Sheepeach  阅读(3089)  评论(2编辑  收藏  举报