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

在第一节的基础上，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。
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)
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。
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。
点击“Generator Code”生成Keil工程。

软件编写

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。

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_ */

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

点击运行，生成HEX文件。
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(3192) 评论(2) 编辑收藏举报

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