17-CubeMx+Keil+Proteus模擬STM32 - SPI

本文例子參考《STM32單片機開發實例——基於Proteus虛擬模擬與HAL/LL庫》源代碼：https://github.com/LanLinnet/STM33F103R6 項目要求掌握SPI匯流排通信規則，使用單片機每隔1s讀取一次溫度感測器TC72的溫度值，並通過串口將讀取的溫度值發送出去。 ...

本文例子參考《STM32單片機開發實例——基於Proteus虛擬模擬與HAL/LL庫》
源代碼：https://github.com/LanLinnet/STM33F103R6

項目要求

掌握SPI匯流排通信規則，使用單片機每隔1s讀取一次溫度感測器TC72的溫度值，並通過串口將讀取的溫度值發送出去。串口通信參數：波特率為19200bits/s，無校驗。

硬體設計

在第一節的基礎上，在Proteus中添加電路如下圖所示。其中我們添加了一個串列溫度感測器TC72。

此外，我們還添加了兩個虛擬儀錶：一個虛擬終端VIRTUAL TERMINAL和一個SPI匯流排調試工具SPI DEBUGGER。

虛擬終端VIRTUAL TERMINAL的設置如下。
SPI：
1）簡介：SPI（Serial Peripheral Interface, 串列外設介面）是由美國Motorola公司推出的一種同步串列通信介面，用於串列連接微處理器與外圍晶元。SPI採用主從通信模式，通常為一主多從結構，通信時鐘由主機控制，在時鐘信號的作用下，數據先傳送高位，再傳送低位。
2）介面：SPI通信至少需要以下4根線。
- SCLK：時鐘線，用於提供通信所需的時鐘基準信號。
- MOSI：主出從入數據線，對於主機而言是數據輸出匯流排，對從機是數據輸入匯流排。
- MISO：主入從出數據線，對於主機而言是數據輸入匯流排，對從機是數據輸出匯流排。
- \(\overline{CS}\)：片選信號，低電平有效。但是對於本次項目所用的TC72，有效電平為高電平。
3）通信時序：SPI通信的工作時序有4種，具體由CPHA（Clock Phase，時鐘相位）和CPOL（Clock Polarity，時鐘極性）決定。SPI的4種通信模式如下表，時序圖如下分別列出。
- 模式0(CPOL=0 CPOL=0)
- 模式1(CPOL=0 CPOL=1)
- 模式2(CPOL=1 CPOL=0)
- 模式3(CPOL=1 CPOL=1)
TC72：
1）簡介：TC72是由美國Microchip公司出品的串列溫度感測器，相容SPI通信協議，溫度測量範圍為-55℃-+125℃，解析度為10位（0.25℃/bit）。
2）引腳：TC72的引腳功能如下表所示。

3）工作模式：TC72的工作模式有以下兩種：
- 連續轉換模式（Continuous Conversion Mode）：每隔150ms進行1次溫度轉換。
- 單次轉換模式（One-Shot Mode）：轉換1次後就進入省電模式。
TC72的溫度轉換結果採用左對齊數據存儲格式：高位元組存放溫度值轉換結果的整數部分，最高位T9為符號位；低位元組高2位存放溫度值轉換結果的小數部分，數據以補碼形式存放。其寄存器地址如下表所示。
打開CubeMX，建立工程。STM32F103R6單片機自帶一個SPI模塊，但是為了便於移植，本項目中採用GPIO引腳模擬SPI時序。設置PA4、PA5、PA7均為GPIO_Output，PA6均為GPIO_Input。點擊“Categories”中的“GPIO”，修改GPIO各參數如下圖所示。

隨後進行串口設置，如下圖所示，這裡就不贅述了，具體可以參考第13節。
點擊“Generator Code”生成Keil工程。

軟體編寫

考慮到代碼的可移植性，這裡將SPI和TC72的驅動代碼全部封裝成函數並分別歸入頭文件“vSPI.h”和“TC72.h”中。我們可以先在...\Core\Src文件夾中建立這兩個頭文件，此時Keil可能找不到對應文件，可以直接將文件拽入Keil中進行編輯，然後再在“main.c”文件中進行include。

點擊“Open Project”在Keil中打開工程，打開“vSPI.h”，添加代碼如下。

#ifndef INC_VSPI_H_
#define INC_VSPI_H_

#include "main.h"

//軟體延時函數，單位為微秒
void delay_us(uint16_t n)
{
  uint16_t i = n * 8;
  while(i--);
}

//SPI匯流排使能
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匯流排禁止
void vSPI_Dis()
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vSCK_Pin, GPIO_PIN_SET);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, vCE_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

//SPI主站發送1位元組
void vSPI_SndByte(uint8_t dat)		//dat表示發送的位元組
{
  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位元組數據
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位元組數據
}

#endif /* INC_VSPI_H_ */

打開“TC72.h”，添加代碼如下。

#ifndef INC_TC72_H_
#define INC_TC72_H_

#include "main.h"
#include "vSPI.h"

//巨集定義
#define _TC72_CTRL_R 		0x00		//控制寄存器地址（讀）
#define _TC72_CTRL_W 		0x80		//控制寄存器地址（寫）
#define _TC72_Dat_LSB 		0x01		//溫度低位元組地址（讀）
#define _TC72_Dat_MSB 		0x02		//溫度高位元組地址（讀）
#define _TC72_ID 		0x03		//製造商ID（讀）
#define _TC72_OnceCnv 		0x15		//單次轉化指令
#define _TC72_ContinueCnv    0x05		//連續轉化指令

//發送轉化指令
void TC72_Convert(uint8_t Instr)		//Instr為指令
{
  vSPI_En();		//SPI匯流排使能
  vSPI_SndByte(_TC72_CTRL_W);		//發送控制寄存器地址（寫）
  vSPI_SndByte(Instr);		//發送轉化指令
  vSPI_Dis();		//SPI匯流排禁止
}

//讀溫度
float TC72_TemperatureRd()
{
  uint8_t DatL, DatM;		//高低位元組
  int16_t Dat;		//最終接收數據
  float t;		//轉化溫度
  vSPI_En();		//SPI匯流排使能
  vSPI_SndByte(_TC72_Dat_MSB);		//發送溫度高位元組地址（讀）
  DatM = vSPI_RcvByte();		//SPI主站接收1位元組（高）
  DatL = vSPI_RcvByte();		//SPI主站接收1位元組（低）
  vSPI_Dis();		//SPI匯流排禁止
  Dat = DatM;	
  Dat <<= 8;
  Dat += DatL;	//組合高低位元組
  t = ((float)(Dat))/256;		//轉化溫度
  return t;		//返回溫度值
}

#endif /* INC_TC72_H_ */

隨後我們需要在main.c文件中的最前面引入我們自定義的頭文件

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"	//引入輸入輸出標準庫
#include "vSPI.h"		//引入自定義頭文件
#include "TC72.h"
/* USER CODE END Includes */

在main函數中定義需要通過串口發送的字元串

/* USER CODE BEGIN 1 */
float t;
char str1[] = "Temperature:";
char str2[10];		//存放溫度字元串
/* USER CODE END 1 */

最後，在while(1)中調用我們自定義的函數對TC72和串口進行操作

/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str1, 12, 12);		//串口發送str1
  TC72_Convert(_TC72_OnceCnv);		//單次轉化指令
  HAL_Delay(100);
  t = TC72_TemperatureRd();		//讀感測器溫度
  sprintf(str2, "%f", t);		//將溫度t由浮點型轉化為字元串並存入數組str2
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)str2, 7, 7);		//串口發送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 */