SPI接口的ADC芯片全通道纯硬件驱动——基于HAL库和TLA2518芯片

本次需要通过TI的TL2518芯片进行ADC采样。该芯片为SPI接口具有八个通道可以全部配置成AIN进行采样本次需要探究如何该如何配置才能将芯片的采样率达到最大。1.TLA2158首先要陈列一下该芯片的一些特性为节省篇幅此处只罗列最关键的特性该芯片的详细描述请查看其手册。1.1.1寄存器读写该芯片虽然是SPI接口但是数据帧格式没有完全遵守SPI的标准格式因此配置主机的SPI时CS必须选择软件控制。imageimage以上是其读写的时序下面是我选用的SPI配置这是从某开发板的例程上抄的。至于SPI的时间频率建议选大一点因为TL2518芯片SPI接口最快可以接受30MHz的SPI_CLK。void SPI2_Init(u32 datasize){SPI2_Handler.InstanceSPI2; //SPI2SPI2_Handler.Init.ModeSPI_MODE_MASTER; //设置SPI工作模式设置为主模式SPI2_Handler.Init.DirectionSPI_DIRECTION_2LINES; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线模式SPI2_Handler.Init.DataSizedatasize; //设置SPI的数据大小:寄存器读写时8bit读数据时16bitSPI2_Handler.Init.CLKPolaritySPI_POLARITY_LOW; //串行同步时钟的空闲状态为高电平SPI2_Handler.Init.CLKPhaseSPI_PHASE_1EDGE; //串行同步时钟的第二个跳变沿上升或下降数据被采样SPI2_Handler.Init.NSSSPI_NSS_SOFT; //NSS信号由硬件NSS管脚还是软件使用SSI位管理:内部NSS信号有SSI位控制SPI2_Handler.Init.BaudRatePrescalerSPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256SPI2_Handler.Init.FirstBitSPI_FIRSTBIT_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始SPI2_Handler.Init.TIModeSPI_TIMODE_DISABLE; //关闭TI模式SPI2_Handler.Init.CRCCalculationSPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验SPI2_Handler.Init.CRCPolynomial7; //CRC值计算的多项式HAL_SPI_Init(SPI2_Handler);//初始化__HAL_SPI_ENABLE(SPI2_Handler); //使能SPI2// SPI2_ReadWriteByte(0Xff); //启动传输}//SPI5底层驱动时钟使能引脚配置//此函数会被HAL_SPI_Init()调用//hspi:SPI句柄void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi){GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); //使能GPIOB时钟 __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE(); //使能SPI2时钟 //PB13,14,15 GPIO_Initure.PinGPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15; GPIO_Initure.ModeGPIO_MODE_AF_PP; //复用推挽输出 GPIO_Initure.PullGPIO_PULLUP; //上拉 GPIO_Initure.SpeedGPIO_SPEED_FREQ_HIGH; //快速 HAL_GPIO_Init(GPIOB,GPIO_Initure);}void SPI2_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler){assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));//判断有效性__HAL_SPI_DISABLE(SPI2_Handler); //关闭SPISPI2_Handler.Instance-CR10XFFC7; //位3-5清零用来设置波特率SPI2_Handler.Instance-CR1|SPI_BaudRatePrescaler;//设置SPI速度__HAL_SPI_ENABLE(SPI2_Handler); //使能SPI}1.1.2数据帧格式TL2518的ADC分辨率为12bit这意味着每次仅读回一字节数据是根本不够的你必须按照半字读回但多出来的四位也不会浪费因为该芯片可以启用ID APPEND模式在每帧数据的末尾附上所采样的通道ID。至于那个16bit的数据帧则是开启了芯片过采样这会降低你的总采样率但是却能提高单次的采样分辨率。image利用ID APPEND模式我们可以在不启用CRC的前提下也能保证每次数据帧的正确性你只需要解码ID即可。以下展示一下我的芯片寄存器是如何配置的。里面的一些宏定义没有完整展示但你只要看芯片手册就能理解了建议找一下官方写的TLA2528.h头文件这样你就不要自己去定义每个寄存器了。本随笔的重点在于后面如何配置来完成纯硬件驱动SPI来达到最高采样率的ADC采样。/*************************************************写入一串字符param voidreturn voidauthor Chanlin**************************************************/static void TLA_WriteBytes(uint8_t bytes[],uint32_t size){TLA_CS 0;while(size – 0){// printf(“byte:%x\t”,bytes);TLA_SPIReadWriteByte((bytes));// bytes;}TLA_CS 1;// printf(“\r\n”);}/*************************************************完成一次寄存器写入操作param voidreturn voidauthor Chanlin**************************************************/static void TLA_WriteReg(Reg addr,Data data){// 先简单实现一下uint8_t bytes[3]; // 设置spi frame {WR_REG,addr,data}bytes[0] WR_REG;bytes[1] addr;bytes[2] data;TLA_WriteBytes(bytes,3);// delay_us(2);}/*************************************************完成一次寄存器读取操作param voidreturn voidauthor Chanlin*************************************************/static void TLA_ReadReg(Reg addr,Datadata){// 先简单实现一下uint8_t bytes[3]; // 读取数据帧 {RD_REG,addr,DUMMY};bytes[0] RD_REG;bytes[1] addr;bytes[2] DUMMY;// 写入读取帧TLA_WriteBytes(bytes,3);// 读出数据TLA_CS 0;*dataTLA_SPIReadWriteByte(DUMMY);TLA_CS 1;// 解码完成后读回数据// *dataTLA_SPIReadWriteByte(DUMMY);}// 以下是对寄存器的配置// 读写检查TLA_WriteReg(GENERAL_CFG,0x01); // soft resetdelay_ms(20); // wait for the reset completingTLA_ReadReg(GENERAL_CFG,data); // soft reset printf(GENERAL_CFG:%x\r\n,data); TLA_ReadReg(OSR_CFG,data); // soft reset printf(OSR_CFG:%x\r\n,data); TLA_ReadReg(SYSTEM_STATUS,data); printf(chip sys status:%x\r\n,data); if(data ! 0x81){ if(data 0xc1) printf(chip sequence is ongoing\r\n); else printf(Cannot access the chip\r\n); } // timing// TLA_WriteReg(OPMODE_CFG,0x0); // 默认高速时钟源如果你发现时钟不对或者想要修改// pin// TLA_WriteReg(PIN_CFG,0x00); // 全部设置为 AIN(默认)// TLA_ReadReg(PIN_CFG,data);// printf(“PIN_CFG:%x\r\n”,data);// DATA TLA_WriteReg(DATA_CFG,0x10); // 默认无debug有ID APPEND请检查此处时序设置是否正确 TLA_ReadReg(DATA_CFG,data); printf(DATA_CFG:%x\r\n,data); // mode TLA_WriteReg(AUTO_SEQ_CH_SEL,0xFF); // 默认通道全选 TLA_ReadReg(AUTO_SEQ_CH_SEL,data); printf(SEQ_CH:%x\r\n,data); TLA_WriteReg(SEQUENCE_CFG,0x11); // 默认使用auto-sequence mode且打开 TLA_ReadReg(SEQUENCE_CFG,data); printf(SEQUENCE_CFG:%x\r\n,data); TLA_CS 1;//TLA_ReadReg(PIN_CFG,data);printf(“PIN_CFG:%x\r\n”,data);// 使用manual试下// TLA_WriteReg(CHANNEL_SEL,1);// ADC offset Calib while(1){ TLA_ReadReg(GENERAL_CFG,data);// printf(“ADC offset Calib:%x\r\n”,data);if((data 1 0x1) 0 (data 2 0x01) 1) break;// 非常重要的一点是配完TLA2518的寄存器后不要忘记把主机的SPI改成16bit的数据帧格式__HAL_SPI_DISABLE(SPI2_Handler);SPI2_Handler.Init.DataSize SPI_DATASIZE_16BIT;HAL_SPI_Init(SPI2_Handler);//初始化__HAL_SPI_ENABLE(SPI2_Handler);SPI2_SetSpeed(SPI_BAUDRATEPRESCALER_2); //设置为42M时钟,高速模式1.2.1采样时间该芯片可选时钟但一般也不会在慢时钟源下运行尤其是在用于ADC模式下采样率越高越好。而该芯片最快采样率为1MHz但考虑到其有八个通道如果全开的话分配到每个通道上最快也就125KHz。image1.2.2采样通道切换模式TLA2518提供了三种通道切换模式分别是Mannual、On-the-fly和Auto-Sequence模式这里仅介绍之后会用的Auto-Sequence模式其实用on-the-fly模式也能实现。image在使用这一模式时你只需在最开始往寄存器中写好你要采样的通道在上面展示的配置中我把八个通道全开了。然后你需要达到三个条件才能让整个时序动起来并读到你想要的数据。1.控制CS引脚生成上升沿和下降沿2.控制SPI生成时钟如果你是主机的话3.从SPI-DR寄存器中读取数据到内存这样才能使用这三个条件放在一起时很容易联想到采用PWM控制CS引脚采用DMA来让SPI进行自动的收发最终实现整个时序。2.实现毫无疑问这里需要用的的片上外设资源包括一个定时器的通道要被配置成PWM两个DMA(一个触发源为TIM_CH一个触发源为SPI_RX)。以下是TIM的配置当然也是抄的例程。/***************************************************param voidreturn voidauthor Chanlin**************************************************/void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc){TIM3_Handler.InstanceTIM3; //定时器3TIM3_Handler.Init.Prescalerpsc; //定时器分频TIM3_Handler.Init.CounterModeTIM_COUNTERMODE_UP;//向上计数模式TIM3_Handler.Init.Periodarr; //自动重装载值TIM3_Handler.Init.ClockDivisionTIM_CLOCKDIVISION_DIV1;HAL_TIM_PWM_Init(TIM3_Handler); //初始化PWMTIM3_CH4Handler.OCModeTIM_OCMODE_PWM1; //模式选择PWM1TIM3_CH4Handler.Pulsearr/2; //设置比较值,此值用来确定占空比默认比较值为自动重装载值的一半,即占空比为50%TIM3_CH4Handler.OCPolarityTIM_OCPOLARITY_HIGH; //输出比较极性为低HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(TIM3_Handler,TIM3_CH4Handler,TIM_CHANNEL_4);//配置TIM3通道2SET_BIT(TIM3_Handler.Instance-DIER,TIM_DIER_CC4DE_Msk);HAL_TIM_PWM_Start(TIM3_Handler,TIM_CHANNEL_4);//开启PWM通道2}/***************************************************param voidreturn voidauthor Chanlin**************************************************/void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim){GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;if(htim-InstanceTIM3){__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE(); //使能定时器3// __HAL_AFIO_REMAP_TIM3_PARTIAL(); //TIM3通道引脚部分重映射使能__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); //开启GPIOB时钟GPIO_Initure.PinGPIO_PIN_1; //PB1 GPIO_Initure.ModeGPIO_MODE_AF_PP; //复用推挽输出 GPIO_Initure.PullGPIO_PULLUP; //上拉 GPIO_Initure.SpeedGPIO_SPEED_FREQ_HIGH;//高速 HAL_GPIO_Init(GPIOB,GPIO_Initure);}}以下是DMA的配置这个真是我自己写的/*************************************************完成一次寄存器读取操作param voidreturn voidauthor Chanlin**************************************************/static void ConfigDMA(){__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE(); //DMA1时钟使能__HAL_LINKDMA(SPI2_Handler,hdmarx,SPIxDMA_Handler); //将DMA与SPI联系起来(发送DMA)__HAL_LINKDMA(SPI2_Handler,hdmatx,SPIxDMA_HandlerTX); //将DMA与SPI联系起来(发送DMA)//Rx DMA配置SPIxDMA_Handler.InstanceDMA1_Channel4; //通道选择SPIxDMA_Handler.Init.DirectionDMA_PERIPH_TO_MEMORY; //存储器到外设SPIxDMA_Handler.Init.PeriphIncDMA_PINC_DISABLE; //外设非增量模式SPIxDMA_Handler.Init.MemIncDMA_MINC_ENABLE; //存储器增量模式SPIxDMA_Handler.Init.PeriphDataAlignmentDMA_PDATAALIGN_HALFWORD; //外设数据长度:8位SPIxDMA_Handler.Init.MemDataAlignmentDMA_MDATAALIGN_HALFWORD; //存储器数据长度:8位SPIxDMA_Handler.Init.ModeDMA_CIRCULAR; //外设循环模式SPIxDMA_Handler.Init.PriorityDMA_PRIORITY_HIGH; //中等优先级HAL_DMA_DeInit(SPIxDMA_Handler);HAL_DMA_Init(SPIxDMA_Handler);__HAL_DMA_ENABLE(SPIxDMA_Handler);// TXSPIxDMA_HandlerTX.InstanceDMA1_Channel3; //通道选择SPIxDMA_HandlerTX.Init.DirectionDMA_MEMORY_TO_PERIPH; //存储器到外设SPIxDMA_HandlerTX.Init.PeriphIncDMA_PINC_DISABLE; //外设非增量模式SPIxDMA_HandlerTX.Init.MemIncDMA_MINC_ENABLE; //存储器增量模式SPIxDMA_HandlerTX.Init.PeriphDataAlignmentDMA_PDATAALIGN_HALFWORD; //外设数据长度:8位SPIxDMA_HandlerTX.Init.MemDataAlignmentDMA_MDATAALIGN_HALFWORD; //存储器数据长度:8位SPIxDMA_HandlerTX.Init.ModeDMA_CIRCULAR; //外设循环模式SPIxDMA_HandlerTX.Init.PriorityDMA_PRIORITY_MEDIUM; //中等优先级HAL_DMA_DeInit(SPIxDMA_HandlerTX);HAL_DMA_Init(SPIxDMA_HandlerTX);__HAL_DMA_ENABLE(SPIxDMA_HandlerTX);if (HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(SPI2_Handler,(uint8_t*)dummy_data, // 发送缓冲区(uint8_t*)s_arrAINChannelVal, // 接收缓冲区TLA2518_CHANNEL_MAX) ! HAL_OK) {// 启动失败处理printf(“SPI DMA start failed!\r\n”);}