STM32F103C8T6驱动MAX31865获取PT1000温度数据

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一、MAX31865

高度集成降低系统成本、简化设计并缩短设计周期

  • 简便的RTD铂电阻至数字转换器
  • 支持100Ω至1kΩ (0°C时)铂电阻RTD (PT100至PT1000)
  • 兼容2线、3线和4线传感器连接
  • SPI兼容接口 高精度设计方便满足误差预算
  • 15位ADC分辨率；标称温度分辨率为0.03125°C (随RTD的非线性变化)
  • 整个工作条件下，总精度保持在最高0.5°C (0.05%满量程)
  • 全差分VREF输入
  • 转换时间：21ms (最大值)

集成故障检测提高系统可靠性

  • ±45V输入保护
  • 故障检测(RTD开路、RTD短路到量程范围以外的电压或RTD元件短路)

1.重要寄存器

Configuration Register (读00h，写80h)

BIAS (D7)

当没有执行转换时，可以禁用 VBIAS 以降低功耗。将 1 写入此位以在开始单个 （1-Shot） 转换之前启用 VBIAS。当选择自动（连续）转换模式时，VBIAS 保持连续开启。

Conversion Mode (D6)

将 1 写入该位以选择自动转换模式，在该模式下，转换以 50/60Hz 的速率连续进行。将 0 写入该位以退出自动转换模式并进入 “Normally Off” 模式。可以从此模式启动 1-shot 转换。

1-Shot (D5)

当转换模式设置为 “Normally Off” 时，将 1 写入该位以开始转换。这会导致发生单个电阻转换。当 CS 向该位写入 1 后变为高电平时，将触发转换。请注意，如果执行多字节写入，则当 CS 在事务结束时变为高电平时，将触发转换。如果 VBIAS 导通 （由配置寄存器选择），则当 CS 变为高电平并开始转换时，对 RTD 电压进行采样。注意，如果 VBIAS 关闭（以减少转换之间的电源电流），则 RTDIN 输入端的任何滤波电容都需要充电，然后才能执行精确的转换。因此，请启用 VBIAS 并等待输入 RC 网络的至少 10.5 个时间常数加上额外的 1 毫秒，然后再开始转换。请注意，在 60Hz 滤波器模式下，单次转换大约需要 52 毫秒，在 50Hz 滤波器模式下需要大约 62.5 毫秒才能完成。1-Shot 是一个自清除位。

3-Wire (D4)

当使用 3 线 RTD 连接时，将 1 写入此位。在这种模式下，从 （RTDIN+ - RTDIN-） 中减去 FORCE+ 和 RTDIN+ 之间的电压，以补偿因使用 FORCE 和 RTDIN- 连接使用单线引起的 IR 误差。当使用 2 线或 4 线连接时，将 0 写入此位。

Fault Detection Cycle (D3:D2)

主站启动的故障检测周期有两种操作模式，手动和自动模式定时。如果外部 RTD 接口电路包括一个时间常数大于 100Fs 的输入滤波器，则应在手动模式操作中控制故障检测周期时序。故障检测周期通过进行以下电压比较并在 Fault Status Register 中设置相关位来检查三个故障：
1） REFIN- 处的电压是否大于 85% x VBIAS？（故障状态寄存器位 D5）
2）当 FORCE- 输入开关打开时，REFIN- 处的电压是否小于 85% x VBIAS？（故障状态寄存器位 D4）
3）当 FORCE- 输入开关打开时，RTDIN- 的电压是否小于 85% x VBIAS？（故障状态寄存器位 D3）

Fault Status Clear (D1)

向该位写入 1，同时向位 D5、D3 和 D2 写入 0，以将故障状态寄存器中的所有故障状态位 （D[7：2]） 返回为 0。请注意，如果过压/欠压故障仍然存在，则故障寄存器中的位 D2 和 RTD LSB 寄存器中的位 D0 可以在复位后立即再次设置。故障状态清除位 D1，自清除为 0。

50/60Hz (D0)

此位选择噪声抑制滤波器的陷波频率。将 0 写入该位以拒绝 60Hz 及其谐波;将 1 写入此位以拒绝 50Hz 及其谐波。注意：在自动转换模式下，请勿更改陷波频率。

RTD Resistance Registers (01h-02h)

两个 8 位寄存器 RTD MSB 和 RTD LSB 包含 RTD 电阻数据。数据格式如表 4 所示。数据格式就是 RTD 电阻与基准电阻的 15 位比。RTD LSB寄存器的D0是一个Fault位，指示是否检测到任何RTD故障。

Fault Status Register (07h)

Fault Status 寄存器锁存任何检测到的 fault bit;将 1 写入 Configuration Register 中的 Fault Status Clear 位，将所有 Fault Status 位返回为 0。

2.SPI时序

CS信号低电平有效，CLK信号空闲时为高电平(根据手册18页，空闲时低电平也可)，第二个数据沿锁定数据。

3.电气特性

二、驱动

代码

bsp_max31865.h
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#ifndef __BSP_31865_H
#define __BSP_31865_H
#include "stm32f10x.h"

#define MAX31865_INITVAL                   0xC1       //0xC1: 2、4线模式 ,  0xD1: 3线模式
#define PT1000_Resistance_Ref              4020       //基准电阻阻值


typedef struct _MAX31865_ {
    float temp_out;
    uint8_t status;
} MAX31865;


/*---------SPI2 Master配置Start--------*/
#define M_SPI SPI2
#define M_SPI_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd
#define M_SPI_CLK RCC_APB1Periph_SPI2

//中断
#define M_SPI_IRQ SPI2_IRQn
#define M_SPI_IRQHandler SPI2_IRQHandler 

//CS(NSS)引脚 片选选普通 GPIO 即可
#define M_SPI_CS_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define M_SPI_CS_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB
#define M_SPI_CS_PORT GPIOB
#define M_SPI_CS_PIN GPIO_Pin_12

//SCK 引脚
#define M_SPI_SCK_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define M_SPI_SCK_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB
#define M_SPI_SCK_PORT GPIOB
#define M_SPI_SCK_PIN GPIO_Pin_13

//MISO 引脚
#define M_SPI_MISO_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define M_SPI_MISO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB
#define M_SPI_MISO_PORT GPIOB
#define M_SPI_MISO_PIN GPIO_Pin_14

//MOSI 引脚
#define M_SPI_MOSI_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define M_SPI_MOSI_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB
#define M_SPI_MOSI_PORT GPIOB
#define M_SPI_MOSI_PIN GPIO_Pin_15

#define M_SPI_CS_LOW() GPIO_ResetBits(M_SPI_CS_PORT, M_SPI_CS_PIN)
#define M_SPI_CS_HIGH() GPIO_SetBits(M_SPI_CS_PORT, M_SPI_CS_PIN)
/*---------SPI2 Master配置End--------*/

//DRDP引脚
#define MAX31865DRDP_PIN            GPIO_Pin_5
#define MAX31865DRDP_PORT           GPIOB
#define MAX31865DRDP_CLK            RCC_APB2Periph_GPIOB
#define MAX31865DRDP_APBxClock_FUN  RCC_APB2PeriphClockCmd
//读DRDP引脚电平状态
#define ReadPIN_DRDP                (MAX31865DRDP_PORT->IDR&MAX31865DRDP_PIN) 



void MAX31865Init(void);
//u8 CSCheck(void);
u16 SPISendByte(u8 add,u8 byte);
//获取传感器数据
MAX31865 *GetSensorTemp(void);

#endif

bsp_max31865.c
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#include "bsp_max31865.h"

// SPI标志位超时时间
#define SPIT_FLAG_TIMEOUT ((uint32_t)0x1000)

typedef union _UU16_
{
    uint16_t U16;
    int16_t S16;
    uint8_t vU8[2];
    int8_t vS8[2];
} _UU16;

static MAX31865 tmpValue = {0};
static __IO uint32_t SPITimeoutCNT = SPIT_FLAG_TIMEOUT;

// 两次cs片选之间需要400nm
static void HardDelay(void)
{
    uint8_t delayTick = 0;
    while (delayTick < 128)
        delayTick++;
}

void MAX31865Init(void)
{
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    // 初始化SPI
    /* 使能SPI时钟 */
    M_SPI_APBxClock_FUN(M_SPI_CLK, ENABLE);

    /* 使能SPI引脚相关的时钟 */
    M_SPI_CS_APBxClock_FUN(M_SPI_CS_CLK | M_SPI_SCK_CLK | M_SPI_MISO_PIN | M_SPI_MOSI_PIN, ENABLE);

    /* 配置SPI的 CS引脚，普通IO即可 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = M_SPI_CS_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(M_SPI_CS_PORT, &GPIO_InitStructure);

    /* 配置SPI的 SCK引脚*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = M_SPI_SCK_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(M_SPI_SCK_PORT, &GPIO_InitStructure);

    /* 配置SPI的 MISO引脚*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = M_SPI_MISO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入
    GPIO_Init(M_SPI_MISO_PORT, &GPIO_InitStructure);

    /* 配置SPI的 MOSI引脚*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = M_SPI_MOSI_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(M_SPI_MOSI_PORT, &GPIO_InitStructure);

    M_SPI_CS_HIGH();

    /* SPI 模式配置 */
    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b;
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64; // APB2是32M的时候 SPI主频0.5M
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(M_SPI, &SPI_InitStructure);

    /* 使能 SPI  */
    SPI_Cmd(M_SPI, ENABLE);

    /* 使能DRDP引脚相关的时钟 */
    MAX31865DRDP_APBxClock_FUN(MAX31865DRDP_CLK, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MAX31865DRDP_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入
    GPIO_Init(MAX31865DRDP_PORT, &GPIO_InitStructure);

    SPISendByte(0x80, MAX31865_INITVAL); // 初始化
    HardDelay();
}

u16 SPISendByte(u8 add, u8 byte)
{
    uint16_t tmp16 = add << 8;
    tmp16 = tmp16 | byte;

    M_SPI_CS_LOW(); // cs引脚变成低电平
    SPITimeoutCNT = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
    /* 等待发送缓冲区为空，TXE事件 */
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(M_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET)
    {
        if ((SPITimeoutCNT--) == 0)
        {
            M_SPI_CS_HIGH();
            return 255;
        }
    }

    /* 写入数据寄存器，把要写入的数据写入发送缓冲区 */
    SPI_I2S_SendData(M_SPI, tmp16);

    SPITimeoutCNT = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
    /* 等待接收缓冲区非空，RXNE事件 */
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(M_SPI, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
    {
        if ((SPITimeoutCNT--) == 0)
        {
            M_SPI_CS_HIGH();
            return 255;
        }
    }
    M_SPI_CS_HIGH();
    /* 读取数据寄存器，获取接收缓冲区数据 */
    return SPI_I2S_ReceiveData(M_SPI);
}


static uint8_t r00 = 0, r01 = 0, r02 = 0, r07 = 0;
static int16_t r01_2 = 0;
static float R_RTD = 0;

MAX31865 *GetSensorTemp(void)
{
    _UU16 tmpReg;
    r00 = SPISendByte(0x00, 0xFF);
    HardDelay();
    if (r00 != MAX31865_INITVAL)
    {
        SPISendByte(0x80, MAX31865_INITVAL);
        HardDelay();
        tmpValue.status = 0xFF;
        return &tmpValue;
    }

    if (ReadPIN_DRDP != 0) // 高电平 没有转换完毕
        return &tmpValue;

    r01 = SPISendByte(0x01, 0xFF);
    HardDelay();
    r02 = SPISendByte(0x02, 0xFF);
    HardDelay();
    r07 = SPISendByte(0x07, 0xFF);
    HardDelay();

    if (r07 != 0) // 出错了
    {
        SPISendByte(0x80, 0xC7);
        HardDelay();
    }
    tmpReg.vU8[1] = r01;
    tmpReg.vU8[0] = r02;
    r01_2 = tmpReg.U16 >> 1;

    R_RTD = (r01_2 / 32768.0f) * PT1000_Resistance_Ref;
    tmpValue.status = r07;
    if (tmpValue.status == 0) // 状态为0才进行平均
        tmpValue.temp_out = 0.000011185431f * R_RTD * R_RTD + 0.23292227f * R_RTD - 244.17129f;
    return &tmpValue;
}

调用方法

main.c
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#include "bsp_max31865.h"
MAX31865 *_Sen_Max31855;
int main(void)
{
    HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_16);
    MAX31865Init();
    ...
    while (1)
    {
        _Sen_Max31855 = GetSensorTemp();
        delay_ms(1000);
    }
}