代码收藏家技术教程 2024-02-14

使用STM32 HAL库实现AD7788/7789连续转换的SPI驱动

在项目中需要使用高精度的ADC采集电压信号且没有高速需求，而STM32F103RCT6自带的ADC位数较低，故选择了一款24bit的低速ADC芯片AD7789，根据它的引脚与时序特性，复用了STM32的SPI模块来驱动。整个过程踩了一些坑，在此记录分享一下，表述适合初学者食用。

stm32cubemx的使用不做赘述，下面以cube为基础从头说起：

1.复用spi1模块：

PA4引脚可以直接配置为SPI1_NSS，且生成的代码在“MX_SPI1_Init”中会有“hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT”；但实际调试中不能用HAL_GPIO_WritePin()直接拉低，想来或许有对应的库函数，但博主懒得找了还是选择配置为GPIO_Output，并修改标签为SPI1_CS，以至于在配置界面左侧出现一堆黄色感叹号，但没影响。

2.设置spi1的参数

此处配置为全双工模式、软件NSS控制（下面那个默认Disable就好、上一步已配置SPI1_CS）。AD7788/7789符合标准的四线制SPI通信，输入DIN脚，数据准备和数据输出在DOUT/#RDY（引脚标识上划线打不出来用#在前面表示取反，很好理解在数据准备好了的时候RDY从逻辑角度看为真就是1，取反就是拉低为0，所以它手册中的协议描述是在读到该引脚拉低后再在该引脚读数据）；

再后面，数据的接收我们可以选择用中断处理，但既然是低速要求，轮询也没有问题就先用起来，有兴趣的朋友可以用中断写一下接收部分，中断需要注意ready和data的case区分；轮询情况下，配置就不再管NVIC中的中断配置，直接进入参数设置。轮询的方式是在运行时只需要调用一个HAL_SPI_Receive()函数，它会自动给芯片的SCLK引脚加上时钟信号来激活读取数据的操作，包括发送函数HAL_SPI_Transmit()，也是在调用时才会加上时钟信号来发起写入操作。

2.1分频

由于是低速ADC，博主直接把分频拉到最大256，其实大可以根据时序特性将波特率优化到一个合适的区间，但为了能先顺利工作起来，就取稳用最低频；

时钟脉宽可确定波特率范围

2.2时钟

时序图以及引脚说明可以看出操作AD7788/7789的时钟极性与时钟相位为1和1；

3.生成代码并通信

3.1配置

首先通过向通信寄存器CR写入数据来配置。

想要读取数据需要先写入一个读操作、想要设置不同读取模式需要先配置ADC的模式寄存器MR。所以说上电后一切对AD7788/7789的操作都是从向CR写入数据开始，芯片也是处在等待写入的状态之中，而一块这种ADC芯片没有也没必要有非易失性存储单元来保存之前的配置，所以每次上电重新配置（注意芯片的上电和断电、片选的启用和关闭是对应不同的操作）。下面简单描述一下CR中每一位干什么事：

①第一步写入0x10去往模式寄存器。要给模式寄存器MR写数据需要在CR中选择下一步给MR写入数据，对比一下RS1和RS0，知道这里的CR5、CR4是0和1：

CR3设置为0表示写入，CR2设置为0表示下一步不是连续读取，CR1和CR0设置为0表示差分基准源输入（其他通道有兴趣的朋友可自行了解扩展ADC的应用方案，差分基准输入为基本用途），那么对CR写入的8位二进制数据为：0b 0001 0000，16进制表示就是0x10；

②第二步写入0x06配置为连续转换模式。如图：

简单看出，只需要设置MR7、MR6、MR2即可，博主设置了0b 0000 0110 即0x06，表示持续转换模式下单极性输入（AD7788/7789有三种模式：单次转换、连续转换、连续读取[1]；两种输入：单极性、双极性[2]）。

uint8_t ADC_MODE_CONF[1] = {0x10};
uint8_t ADC_UNBI_MODE[1] = {0x06};

void AD7789_CONF(void){
    
    AD7789_CS_L;
            HAL_SPI_Transmit(&hspi1,ADC_MODE_CONF,1,0xFFFF);
            delay_ms(1);
            HAL_SPI_Transmit(&hspi1,ADC_UNBI_MODE,1,0xFFFF);
            delay_ms(1);
    AD7789_CS_H;
            delay_ms(1);    
}

3.2读取

在单次转换的时序图中可以看出，前面0x10、0x82的配置结束后，需要等待#RDY拉低电平、然后向CR写入0x38紧跟着再读取data，博主这里配置了连续转换模式方式还是一样的。

uint8_t ADC_CON_COV[1] = {0x38};

float AD7789_GET(void){

	AD7789_CS_L;
			uint8_t ADC_READ[3] = {0};
			int ADC;
			float tem;
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_6) != GPIO_PIN_RESET)
				{
				}//等待ready
			delay_ms(1);
			HAL_SPI_Transmit(&hspi1,ADC_CON_COV,1,0xFFFF);//写入0x38
			delay_ms(1);
			HAL_SPI_Receive(&hspi1,ADC_READ,3,0xFFFF);//接收data，24位数据
			
			ADC = ADC_READ[0] << 16 | ADC_READ[1] << 8 | ADC_READ[2];//MSB优先，位数调整
			tem = 5.00*ADC/16777215;//5.00为差分基准源输入
            //ADC &= ~(0x1 << 23);
			//tem = 5.00*ADC/8388607;//双极性模式		
	AD7789_CS_H;
			delay_ms(1);
			return tem;
}

源码量不多，AD7789_GET返回浮点数即为电压值。

4.注

[1]三种模式：单次转换、连续转换、连续读取

ready拉低后表示数据转换ok，待读取，读取完了之后恢复高电平；单次模式下这只能转换一次然后数据锁存，读取的数据不像连续转换那样读取变化的数据，只记录第一次读取的数据之后便处于掉电状态等待下次reset信号（32个高电平输入）或者真正掉、上电重启；

连续读取模式感兴趣的朋友可以尝试，在调试之初博主出了点问题没有落实下去，虽然芯片设计的默认模式是连续转换不是连续读取，但实际上从手册的描述来看是更方便的，省略了向芯片写入数据的过程，随用随读。

调试过程如果出现采集过程确实是连续转换的但结果不对，大概率是片子还处于默认的双极性模式，需要断电重启更新单极性配置。

[2]单极性、双极性数据：单极性为24bit下，24个0到24个1，表示0到+Vref的电压采集输入范围，双极性为-Vref到+Vref，24bit下第一位为符号位，0x000000到 0x800000 为-Vref到0V电压采集输入，0x800000 到 0xffffff 为0到+Vref电压采集输入；牺牲了一位精度换取带负值的双倍采集范围。