• STM32应用实例八:与多台MS5803压力传感器I2C通讯


    MS5803压力传感器支持SPI和I2C总线通讯,拥有24位AD转换。能够同时获得压力值和温度值,其中压力测量范围为10-1100mbar,温度的测量范围是-40-85摄氏度。各引脚功能及参数如下:

    传感器内部结构图如下:

     

    通讯协议的选择通过PS引脚来设置:

    PS引脚电位

    通讯模式

    使用的引脚

    高电平

    I2C

    SDA, SCL, CSB

    低电平

    SPI

    SDI, SDO, SCLK, CSB

    在SPI模式下,SCLK作为外部输入时钟,SDI作为串行数据输入,支持Mode0和Mode3的时钟极性和相位。传感器的响应数据输出为SDO引脚,片选信号为CSB引脚。界限示意图如下:

     

    在I2C模式下,SCLK为外部串行时钟输入,SDA位串行数据通讯。CSB引脚作为地只选择,可以链接到VDD或者GND,这也意味着MS5803可以在一条I2C总线接两个设备。在CSP接高电平时,地址为0x76(1110110 b),而CSB接低电平时,地址为0x77 (1110111 b)这个地址是高七位,最后以为有读写命令来决定。实现写命令时,最后一位为0,实现读命令时,最后一位为1。

    MS5803拥有5个基本命令:复位、读取出厂校准值、数据1转换(压力值数据)、数据2转换(温度值数据)和读取ADC的转换结果。具体分配如下:

     

    因为MS5803的地址位仅有1位是可以设定的,所以一条I2C总线最多只能挂2个MS5803模块。为了让程序具有较好的可移植性,我们在便写程序时不使用对硬件的直接操作,而采用函数指针来操作,所以我们定义了:

    /*向MS5803下发指令,指令格式均为1个字节*/

    typedef void (*WriteCommandToMS5803Type)(uint8_t deviceAddress,uint8_t command);

    /*从MS5803读取多个字节数据的值*/

    typedef void (*ReadBytesFromMS5803Type)(uint8_t deviceAddress,uint8_t *pData,uint16_t bytesNum);

    以上两个函数指针来实现针对硬件的读写操作。接下来我们开始编写代码。

    1)复位操作

    复位操作的数据流如下图所示,只需要发送一条命令就可完成:

    /*复位MS5803操作*/
    
    void ResetForMS5803(uint8_t deviceAddress,WriteCommandToMS5803Type WriteCommandToMS5803)
    
    {
    
      uint8_t command=COMMAND_RESET;
    
      /*下发复位命令*/
    
      WriteCommandToMS5803(deviceAddress,command);
    
    }

    2)读取校准值

    校准值是出厂时厂家校准的各种系数,每台设备都有差异,是固定不变的,只需要一次读取就可以了,共有6个系数,均为16为整数。首先发送读系数的命令,然后读取就可以了,每次读取1个,分6次读取。过程数据流如下图所示: 

    /*从MS5803的PROM中读取校准数据*/
    
    void GetCalibrationData(uint8_t deviceAddress,uint16_t *caliPara,WriteCommandToMS5803Type WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803Type ReadBytesFromMS5803)
    
    {
    
      /*C1压力灵敏度*/
    
      caliPara[0]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C1,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);
    
      /*C2压力补偿值*/
    
      caliPara[1]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C2,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);
    
      /*C3压力灵敏度温度系数*/
    
      caliPara[2]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C3,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);
    
      /*C4压力补偿温度系数*/
    
      caliPara[3]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C4,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);
    
      /*C5参考温度*/
    
      caliPara[4]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C5,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);
    
      /*C6温度传感器温度系数*/
    
      caliPara[5]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C6,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);
    
    }

    3)读取转换值

    读取转换结果值是我们的目的,可以读取温度和压力两个量,不过一次只能读一个。首先发送命令设定采集压力还是温度,并设定精度。然后发送读取的命令,最后读取对应的值。再使用校准系数计算出最终的物理值。

    /*获取转换值,包括温度和压力*/
    
    void GetConversionValue(uint8_t deviceAddress,float *pPres,float *pTemp,uint16_t *caliPara,uint16_t *semaphore,WriteCommandToMS5803Type WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803Type ReadBytesFromMS5803)
    
    {
    
      uint16_t senst1;        //C1压力灵敏度
    
      uint16_t offt1;         //C2压力补偿值
    
      uint16_t tcs;           //C3压力灵敏度温度系数
    
      uint16_t tco;           //C4压力补偿温度系数
    
      uint16_t tref;          //C5参考温度
    
      uint16_t tempsens;      //C6温度传感器温度系数
    
     
    
      /*从MS5803的PROM中读取校准数据*/
    
      if(*semaphore>0)
    
      {
    
        GetCalibrationData(deviceAddress,caliPara,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);
    
        *semaphore=*semaphore-1;
    
      }
    
      senst1=caliPara[0];
    
      offt1=caliPara[1];
    
      tcs=caliPara[2];
    
      tco=caliPara[3];
    
      tref=caliPara[4];
    
      tempsens=caliPara[5];
    
     
    
      uint32_t digitalPressureValue;
    
      uint32_t digitalTemperatureValue;
    
     
    
      /*读取压力数据*/
    
      digitalPressureValue=ReadConversionFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_CONVERTD1OSR4096,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);
    
     
    
      Delayms(20);
    
     
    
      /*读取温度数据*/
    
      digitalTemperatureValue=ReadConversionFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_CONVERTD2OSR4096,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);
    
     
    
      /*对温度进行一阶修正*/
    
      int32_t dT;
    
      int32_t temp;
    
      dT=digitalTemperatureValue-tref*256;
    
      temp=(int32_t)(2000+dT*tempsens/pow(2,23));
    
     
    
      /*对压力进行一阶修正*/
    
      int64_t off;
    
      int64_t sens;
    
      int32_t pres;
    
      off=(int64_t)(offt1*pow(2,17)+(tco*dT)/pow(2,6));
    
      sens=(int64_t)(senst1*pow(2,16)+(tcs*dT)/pow(2,7));
    
      pres=(int32_t)((digitalPressureValue*sens/pow(2,21)-off)/pow(2,15));
    
     
    
      /*对温度和压力进行二阶修正*/
    
      int64_t ti=0;
    
      int64_t offi=0;
    
      int64_t sensi=0;
    
      int64_t off2=0;
    
      int64_t sens2=0; 
    
     
    
      if(temp<2000)
    
      {
    
        ti=(int64_t)(11*dT*dT/pow(2,35));
    
        offi=(int64_t)(31*(temp-2000)*(temp-2000)/pow(2,3));
    
        sensi=(int64_t)(63*(temp-2000)*(temp-2000)/pow(2,5));
    
       
    
        off2=off-offi;
    
        sens2=sens-sensi;
    
       
    
        temp=temp-(int32_t)ti;
    
        pres=(int32_t)((digitalPressureValue*sens2/pow(2,21)-off2)/pow(2,15));
    
      }
    
     
    
      if((-4000<=temp)&&(temp<=8500))
    
      {
    
        *pTemp=(float)temp/100.0;
    
      }
    
      if((1000<=pres)&&(pres<=190000))
    
      {
    
        *pPres=(float)pres/100.0;
    
      }
    
    }

    最终在STM32的I2C接口实现通讯时,实现2个WriteCommandToMS5803Type(uint8_t deviceAddress,uint8_t command);和ReadBytesFromMS5803Type(uint8_t deviceAddress,uint8_t *pData,uint16_t bytesNum);函数并调用就可以了,换做其他的平台也只需要重写这两个函数就能实现通讯了。

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