一些時(shí)候，我們需要通過(guò)熱電偶獲取溫度數(shù)據(jù)。在這里我們將討論如何實(shí)現(xiàn)并使用MAX31855熱電偶溫度變送器的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。

1、功能概述

??MAX31855是具有冷端補(bǔ)償，能將K、J、N、T或E型熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的熱偶溫度變送器。該熱偶溫度變送器輸出14位帶符號(hào)數(shù)據(jù)，通過(guò)SPI兼容接口、以只讀格式輸出。其引腳定義疾風(fēng)傳如下圖所示：

??MAX31855器件處理來(lái)自熱電偶的讀數(shù)，并通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)片選信號(hào)為低電平，并在SCK端施加時(shí)鐘信號(hào)，即可從SO讀取結(jié)果。MAX31855器件始終在后臺(tái)執(zhí)行轉(zhuǎn)換，只有片選信號(hào)CS為高電平時(shí)才能更新故障狀態(tài)和溫度數(shù)據(jù)。片選信號(hào)CS為低電平時(shí)，SO引腳將輸出第一位數(shù)據(jù)。通過(guò)SPI接口讀取完整的冷端補(bǔ)償熱電偶溫度，需要14個(gè)時(shí)鐘周期。讀取熱電偶和參考端溫度需要32個(gè)時(shí)鐘周期，其格式如下圖所示：

??在時(shí)鐘下降沿讀取輸出位。第一位D31為熱電偶溫度符號(hào)位。D[30:18]位包含溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，順序?yàn)镸SB至LSB。D16位正常狀態(tài)下為低電平，熱電偶輸入開(kāi)路或?qū)ND或VCC短路時(shí)變?yōu)楦唠娖健⒖级藴囟葦?shù)據(jù)從D15開(kāi)始。個(gè)數(shù)據(jù)位的定義如下：

??MAX31855熱偶溫度變送器的溫度分辨率為0.25℃，最高溫度讀數(shù)為+1800℃，最低溫度讀數(shù)為-270℃，對(duì)于K型熱電偶，溫度范圍為-200℃至+700℃，保持±2℃精度。

2、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

??我們已經(jīng)了解了MAX31855熱偶溫度變送器的基本情況。接下來(lái)我們將依據(jù)MAX31855熱偶溫度變送器的各種配置參數(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)MAX31855熱偶溫度變送器的驅(qū)動(dòng)程序。

2.1、對(duì)象定義

??與以前的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)一樣，我們依然是基于對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)MAX31855熱偶溫度變送器的驅(qū)動(dòng)程序。所以我們要先抽象并定義MAX31855熱偶溫度變送器對(duì)象類(lèi)型。一般來(lái)講對(duì)象包括屬性與操作兩方面，我們將據(jù)此逐一分析MAX31855熱偶溫度變送器對(duì)象的屬性與操作。

??先考慮MAX31855熱偶溫度變送器對(duì)象的屬性。對(duì)于MAX31855熱偶溫度變送器來(lái)說(shuō)，每次訪(fǎng)問(wèn)返回的數(shù)據(jù)格式是固定的，這其中包括一些狀態(tài)位，所以為了記錄這些狀態(tài)位我們定義一個(gè)狀態(tài)量作為對(duì)象的屬性。還有讀回來(lái)的原始數(shù)據(jù)編碼、解析出來(lái)的檢測(cè)溫度和冷端溫度實(shí)際上表示了MAX31855熱偶溫度變送器當(dāng)時(shí)所處的狀態(tài)，所以我們將其定義為對(duì)象的屬性。

??再來(lái)考慮MAX31855熱偶溫度變送器對(duì)象的操作。對(duì)于MAX31855熱偶溫度變送器來(lái)說(shuō)，操作就是獲取溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)，而讀取數(shù)據(jù)操作本身依賴(lài)于具體的軟硬件平臺(tái)，所提我們將其定義為對(duì)象的操作。而MAX31855熱偶溫度變送器采用SPI接口需要控制片選信號(hào)，當(dāng)然在總線(xiàn)上只有一臺(tái)設(shè)備時(shí)，我們可以直接將其通過(guò)硬件選中，但為了通用性我們還是使用軟件來(lái)控制片選操作，所以我們將片選動(dòng)作作為對(duì)象的一個(gè)操作。

??根據(jù)上述對(duì)MAX31855熱偶溫度變送器對(duì)象屬性和操作的分析，我們可以抽象的到MAX31855熱偶溫度變送器的對(duì)象類(lèi)型如下：

/*定義MAX31855對(duì)象類(lèi)型*/
typedef struct Max31855Object {
    uint8_t status;
    uint32_t dataCode;
    float mTemperature;     //TC測(cè)量溫度
    float rTemperature;      //冷端溫度
    void (*ReadData)(uint8_t *rData,uint16_t rSize);
    void (*ChipSelcet)(Max31855CSType cs);     //片選信號(hào)
}Max31855ObjectType;

??抽象了對(duì)象類(lèi)型后就可聲明對(duì)象變量，可是這個(gè)對(duì)象變量必須作必要的初始化才能使用。所以我們需要一個(gè)初始化函數(shù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行初始化。在此函數(shù)中，我們將檢測(cè)變量的有效性和初始狀態(tài)賦值，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的配置。根據(jù)這些要求我們?cè)O(shè)計(jì)MAX31855熱偶溫度變送器的對(duì)象初始化函數(shù)如下：

/*初始化MAX31855對(duì)象*/
void Max31855Initialization(Max31855ObjectType *tc,
                            Max31855ReadDataType read,
                            Max31855ChipSelcetType cs
                                )
{
    if((tc==NULL)||(read==NULL))
    {
        return;
    }
    tc->ReadData=read;

    if(cs!=NULL)
    {
        tc->ChipSelcet=cs;
    }
    else
    {
        tc->ChipSelcet=DefaultChipSelect;
    }

    tc->status=0;
    tc->dataCode=0;
    tc->mTemperature=0.0;
    tc->rTemperature=0.0;

    tc->ChipSelcet(Max31855CS_Disable);
}

2.2、對(duì)象操作

??我們之所以定義這一對(duì)象，目的是為了操作該對(duì)象。接下來(lái)我們就來(lái)考了MAX31855熱偶溫度變送器對(duì)象的操作問(wèn)題。我們使用MAX31855熱偶溫度變送器就是為了測(cè)量溫度。所以對(duì)MAX31855熱偶溫度變送器對(duì)象所要做的主要操作就是獲取溫度的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并解析出溫度值。對(duì)于MAX31855熱偶溫度變送器來(lái)說(shuō)，除了熱電偶的測(cè)量溫度還有冷端的溫度，這兩個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換值都是可以讀出來(lái)的，他們的格式如下：

??根據(jù)前面的分析以及數(shù)據(jù)格式，我們可以設(shè)計(jì)獲取溫度數(shù)據(jù)的操作函數(shù)如下：

/*獲取MAX31855測(cè)量數(shù)據(jù)*/
void Max31855GetDatas(Max31855ObjectType *tc)
{
    uint8_t rData[4];
    uint16_t tCode=0;
    uint16_t rCode=0;

    tc->ChipSelcet(Max31855CS_Enable);

    tc->ReadData(rData,4);

    tCode=(rData[0]<<8)+rData[1];
    tCode=(tCode>>2);

    rCode=(rData[2]<<8)+rData[3];
    rCode=(rCode>>4);

    tc->mTemperature=CalcMeasureTemperature(tCode);
    tc->rTemperature=CalcColdEndTemperature(rCode);

    tc->dataCode=(rData[0]<<24)+(rData[1]<<16)+(rData[2]<<8)+rData[3];
    tc->ChipSelcet(Max31855CS_Disable);
}

3、驅(qū)動(dòng)的使用

??我們已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了MAX31855熱偶溫度變送器對(duì)象的驅(qū)動(dòng)程序。這一驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)還需要驗(yàn)證，所以我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用來(lái)驗(yàn)證這一驅(qū)動(dòng)程序的正確性。

3.1、聲明并初始化對(duì)象

??為了基于對(duì)象操作MAX31855熱偶溫度變送器，我們還是需要聲明并初始化MAX31855熱偶溫度變送器對(duì)象變量。

Max31855ObjectType max31855;

??聲明了這個(gè)對(duì)象變量，我們還需要使用前面設(shè)計(jì)的Max31855Initialization對(duì)象初始化函數(shù)對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行初始化。這個(gè)變量有幾個(gè)參數(shù)：

Max31855ObjectType *tc,     //MAX31855對(duì)象變量
Max31855ReadDataType read,  //讀MAX31855函數(shù)指針
Max31855ChipSelcetType cs   //片選操作函數(shù)指針

??其中第一個(gè)參數(shù)為需要初始化的對(duì)象變量，后面兩個(gè)為操作回調(diào)函數(shù)的指針，這幾個(gè)函數(shù)我們是炫耀實(shí)現(xiàn)的，其原型定義如下：

typedef void (*Max31855ReadDataType)(uint8_t *rData,uint16_t rSize);
typedef void (*Max31855ChipSelcetType)(Max31855CSType cs);     //片選信號(hào)

??這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于具體的軟硬件平臺(tái)，我們這里實(shí)現(xiàn)基于STM32F103的操作函數(shù)，依據(jù)原型定義我們實(shí)現(xiàn)如下：

/*SPI1讀數(shù)據(jù)操作*/
static void BmtcReadData(uint8_t *rData,uint16_t rSize)
{
    HAL_SPI_Receive (&hspi1, rData, rSize, 1000);
}
/*SPI1片選操作函數(shù)*/
static void BmtcChipSelcet(Max31855CSType cs)
{
    if(Max31855CS_Enable == cs)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        return;
    }
    HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

??這要初始化函數(shù)的全部參數(shù)皆已定義，我們可以初始化MAX31855熱偶溫度變送器對(duì)象如下：

/*初始化MAX31855對(duì)象*/
    Max31855Initialization(&max31855,
                           BmtcReadData,
                           BmtcChipSelcet
                               );

3.2、基于對(duì)象進(jìn)行操作

??事實(shí)上，這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序我們已經(jīng)應(yīng)用于具體的項(xiàng)目當(dāng)中，并且使用正常。所以在這個(gè)驗(yàn)證中，我們直接將項(xiàng)目中的實(shí)現(xiàn)代碼節(jié)選如下：

/*獲取MAX31855測(cè)量數(shù)據(jù)*/
    Max31855GetDatas(&max31855);
    aPara.phyPara.temperature=max31855.mTemperature;
    aPara.phyPara.rTemperature=max31855.rTemperature;

4、應(yīng)用總結(jié)

??在我們的項(xiàng)目中，我們使用驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了熱電偶的溫度采集，在使用過(guò)程中運(yùn)行很穩(wěn)定，數(shù)據(jù)獲取及解析也沒(méi)有問(wèn)題，所以驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)應(yīng)該是符合要求的。

??在使用驅(qū)動(dòng)程序的時(shí)候要注意，MAX31855熱偶溫度變送器SPI端口的時(shí)鐘頻率有要求，主設(shè)備輸出的串行時(shí)鐘最大不要超過(guò)5MHz，我們?cè)O(shè)置為2.5MHz時(shí)運(yùn)行比較穩(wěn)定。

??在使用驅(qū)動(dòng)時(shí)需注意，采用SPI接口的器件需要考慮片選操作的問(wèn)題。如果片選信號(hào)是通過(guò)硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，我們?cè)诔跏蓟瘯r(shí)給其傳遞NULL值。如果是軟件操作片選則傳遞我們編寫(xiě)的片選操作函數(shù)。