轉載：嵌入式單片機MCU開發

概述

本文將介紹如何使用 LPS28DFW 傳感器來讀取數據。主要步驟包括初始化傳感器接口、驗證設備ID、配置傳感器的數據輸出率和濾波器，以及通過輪詢方式持續讀取氣壓數據和溫度數據。讀取到的數據會被轉換為適當的單位并通過串行通信輸出。

產品特性

LPS28DFW 是一款高性能的壓阻式絕對壓力傳感器，設計用于提供精確的氣壓測量。這款傳感器特別適合于個人電子和消費類產品，因為它結合了多種先進特性。該傳感器以其低功耗和低噪聲性能著稱，使其在電池供電的便攜設備中尤為理想。 LPS28DFW 的封裝為陶瓷 LGA 類型，帶有金屬蓋，這種設計既提供了水阻性能，又保持了靈活性，金屬蓋可以接地或在電路板布局中保持電氣浮動。這款傳感器能夠在 -40°C 至 +85°C 的溫度范圍內穩定運作，確保在多種環境條件下的可靠性。 此外，它提供兩種全尺度的絕對壓力測量模式，精度高達 0.5 hPa，配合低至 0.32 Pa 的傳感器噪聲。內嵌的溫度補償功能進一步增強了其測量準確性。LPS28DFW 還支持高達 200 Hz 的可調輸出數據速率 (ODR) 和 24 位的壓力數據輸出。

通信模式

對于LPS28DFW，可以使用IIC進行通訊。 最小系統圖如下所示。

本文使用的板子原理圖如下所示。

速率

該模塊支持的I2C速度最快位快速模式+(1M)。

新建工程

工程模板

保存工程路徑

芯片配置

本文中使用R7FA4M2AD3CFL來進行演示。

工程模板選擇

時鐘設置

開發板上的外部高速晶振為12M.

需要修改XTAL為12M。

UART配置

點擊Stacks->New Stack->Driver->Connectivity -> UART Driver on r_sci_uart。

UART屬性配置

設置e2studio堆棧

printf函數通常需要設置堆棧大小。這是因為printf函數在運行時需要使用棧空間來存儲臨時變量和函數調用信息。如果堆棧大小不足，可能會導致程序崩潰或不可預期的行為。 printf函數使用了可變參數列表，它會在調用時使用棧來存儲參數，在函數調用結束時再清除參數，這需要足夠的棧空間。另外printf也會使用一些臨時變量，如果棧空間不足，會導致程序崩潰。 因此，為了避免這類問題，應該根據程序的需求來合理設置堆棧大小。

e2studio的重定向printf設置

在嵌入式系統的開發中，尤其是在使用GNU編譯器集合（GCC）時，–specs 參數用于指定鏈接時使用的系統規格（specs）文件。這些規格文件控制了編譯器和鏈接器的行為，尤其是關于系統庫和啟動代碼的鏈接。–specs=rdimon.specs 和 --specs=nosys.specs 是兩種常見的規格文件，它們用于不同的場景。
–specs=rdimon.specs
用途: 這個選項用于鏈接“Redlib”庫，這是為裸機（bare-metal）和半主機（semihosting）環境設計的C庫的一個變體。半主機環境是一種特殊的運行模式，允許嵌入式程序通過宿主機（如開發PC）的調試器進行輸入輸出操作。
應用場景: 當你需要在沒有完整操作系統的環境中運行程序，但同時需要使用調試器來處理輸入輸出（例如打印到宿主機的終端），這個選項非常有用。
特點: 它提供了一些基本的系統調用，通過調試接口與宿主機通信。
–specs=nosys.specs
用途: 這個選項鏈接了一個非常基本的系統庫，這個庫不提供任何系統服務的實現。
應用場景: 適用于完全的裸機程序，其中程序不執行任何操作系統調用，比如不進行文件操作或者系統級輸入輸出。
特點: 這是一個更“裸”的環境，沒有任何操作系統支持。使用這個規格文件，程序不期望有操作系統層面的任何支持。
如果你的程序需要與宿主機進行交互（如在開發期間的調試），并且通過調試器進行基本的輸入輸出操作，則使用 --specs=rdimon.specs。
如果你的程序是完全獨立的，不需要任何形式的操作系統服務，包括不進行任何系統級的輸入輸出，則使用 --specs=nosys.specs。

R_SCI_UART_Open()函數原型

故可以用 R_SCI_UART_Open()函數進行配置，開啟和初始化UART。

/* Open the transfer instance with initial configuration. */ err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg); assert(FSP_SUCCESS == err);

回調函數user_uart_callback ()

當數據發送的時候，可以查看UART_EVENT_TX_COMPLETE來判斷是否發送完畢。

可以檢查檢查 "p_args" 結構體中的 "event" 字段的值是否等于 "UART_EVENT_TX_COMPLETE"。如果條件為真，那么 if 語句后面的代碼塊將會執行。

fsp_err_t err = FSP_SUCCESS; volatile bool uart_send_complete_flag = false; void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args) { if(p_args- >event == UART_EVENT_TX_COMPLETE) { uart_send_complete_flag = true; } }

printf輸出重定向到串口

打印最常用的方法是printf，所以要解決的問題是將printf的輸出重定向到串口，然后通過串口將數據發送出去。 注意一定要加上頭文件#include

#ifdef __GNUC__ //串口重定向 #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch) #else #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f) #endif PUTCHAR_PROTOTYPE { err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1); if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT(); while(uart_send_complete_flag == false){} uart_send_complete_flag = false; return ch; } int _write(int fd,char *pBuffer,int size) { for(int i=0;i< size;i++) { __io_putchar(*pBuffer++); } return size; }

IIC屬性配置

查看手冊，可以得知LPS28DFW的IIC地址為“1011100” 或者 “1011101”，即0x5C或0x5D。

IIC配置

配置RA4M2的I2C接口，使其作為I2C master進行通信。 查看開發板原理圖，對應的IIC為P407和P408。

點擊Stacks->New Stack->Connectivity -> I2C Master(r_iic_master)。

設置IIC的配置，需要注意從機的地址。

R_IIC_MASTER_Open()函數原型

R_IIC_MASTER_Open()函數為執行IIC初始化，開啟配置如下所示。

/* Initialize the I2C module */ err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg); /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */ assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Write()函數原型

R_IIC_MASTER_Write()函數是向IIC設備中寫入數據，寫入格式如下所示。

err = R_IIC_MASTER_Write(&g_i2c_master0_ctrl, ?, 1, true); assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Read()函數原型

R_SCI_I2C_Read()函數是向IIC設備中讀取數據，讀取格式如下所示。

/* Read data from I2C slave */ err = R_IIC_MASTER_Read(&g_i2c_master0_ctrl, bufp, len, false); assert(FSP_SUCCESS == err);

sci_i2c_master_callback()回調函數

對于數據是否發送完畢，可以查看是否獲取到I2C_MASTER_EVENT_TX_COMPLETE字段。

/* Callback function */ i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED; uint32_t timeout_ms = 100000; void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args) { i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED; if (NULL != p_args) { /* capture callback event for validating the i2c transfer event*/ i2c_event = p_args- >event; } }

SA0地址設置

通過設置SA0管腳的高低電平可以改變模塊的地址。

這里設置SA0管腳位輸出管腳。

參考程序

https://github.com/STMicroelectronics/lps28dfw-pid

SA0設置模塊地址

使能SA0為低電平，配置模塊地址。

lps28dfw_pin_int_route_t int_route; lps28dfw_all_sources_t all_sources; lps28dfw_bus_mode_t bus_mode; lps28dfw_stat_t status; stmdev_ctx_t dev_ctx; lps28dfw_id_t id; lps28dfw_md_t md; /* Initialize mems driver interface */ dev_ctx.write_reg = platform_write; dev_ctx.read_reg = platform_read; dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS; HAL_GPIO_WritePin(SA0_GPIO_Port, SA0_Pin, GPIO_PIN_RESET); /* Wait sensor boot time */ platform_delay(BOOT_TIME);

獲取ID

可以向WHO_AM_I (0Fh)獲取固定值，判斷是否為0xB4

lps28dfw_id_get為獲取函數。

對應的獲取ID驅動程序,如下所示。

/* Check device ID */ lps28dfw_id_get(&dev_ctx, &id); printf("LPS28DFW_ID=0x%x,id.whoami=0x%xn",LPS28DFW_ID,id.whoami); if (id.whoami != LPS28DFW_ID) while(1);

復位操作

lps28dfw_init_set為重置函數。

對應的驅動程序,如下所示。

/* Restore default configuration */ lps28dfw_init_set(&dev_ctx, LPS28DFW_RESET); do { lps28dfw_status_get(&dev_ctx, &status); } while (status.sw_reset);

BDU設置

在很多傳感器中，數據通常被存儲在輸出寄存器中，這些寄存器分為兩部分：MSB和LSB。這兩部分共同表示一個完整的數據值。例如，在一個加速度計中，MSB和LSB可能共同表示一個加速度的測量值。

連續更新模式（BDU = '0'）：在默認模式下，輸出寄存器的值會持續不斷地被更新。這意味著在你讀取MSB和LSB的時候，寄存器中的數據可能會因為新的測量數據而更新。這可能導致一個問題：當你讀取MSB時，如果寄存器更新了，接下來讀取的LSB可能就是新的測量值的一部分，而不是與MSB相對應的值。這樣，你得到的就是一個“拼湊”的數據，它可能無法準確代表任何實際的測量時刻。

塊數據更新（BDU）模式（BDU = '1'）：當激活BDU功能時，輸出寄存器中的內容不會在讀取MSB和LSB之間更新。這就意味著一旦開始讀取數據（無論是先讀MSB還是LSB），寄存器中的那一組數據就被“鎖定”，直到兩部分都被讀取完畢。這樣可以確保你讀取的MSB和LSB是同一測量時刻的數據，避免了讀取到代表不同采樣時刻的數據。

簡而言之，BDU位的作用是確保在讀取數據時，輸出寄存器的內容保持穩定，從而避免讀取到拼湊或錯誤的數據。這對于需要高精度和穩定性的應用尤為重要。

可以向CFG_REG_C (62h)的BDU寄存器寫入1進行開啟。

對應的驅動程序,如下所示。

/* Set bdu and if_inc recommended for driver usage */ lps28dfw_init_set(&dev_ctx, LPS28DFW_DRV_RDY);

設置總線接口

/* Select bus interface */ bus_mode.filter = LPS28DFW_AUTO; bus_mode.interface = LPS28DFW_SEL_BY_HW; lps28dfw_bus_mode_set(&dev_ctx, &bus_mode);

設置速率

設置速率和量程可以通過CTRL_REG1 (10h)和CTRL_REG2 (11h)進行設置。

/* Set Output Data Rate */ md.odr = LPS28DFW_4Hz; md.avg = LPS28DFW_16_AVG; md.lpf = LPS28DFW_LPF_ODR_DIV_4; md.fs = LPS28DFW_1260hPa; lps28dfw_mode_set(&dev_ctx, &md);

中斷配置

CTRL_REG4 (13h) 寄存器在 LPS28DFW 氣壓傳感器中用于控制與中斷相關的不同功能。以下是具體的位字段及其功能：

1. DRDY_PLS (位 6)：在 INT_DRDY 引腳上啟用數據就緒脈沖。默認值為 0（0：禁用；1：啟用在 INT_DRDY 引腳上的數據就緒脈沖，脈沖寬度約 5 微秒）。
2. DRDY (位 5)：在 INT_DRDY 引腳上的數據就緒信號。默認值為 0（0：禁用；1：啟用）。
3. INT_EN (位 4)：在 INT_DRDY 引腳上的中斷信號。默認值為 0（0：禁用；1：啟用）。
4. INT_F_FULL (位 2)：在 INT_DRDY 引腳上的 FIFO 滿標志。默認值為 0（0：FIFO 為空；1：FIFO 滿，有 128 個未讀樣本）。
5. INT_F_WTM (位 1)：在 INT_DRDY 引腳上的 FIFO 閾值（水位標記）狀態。默認值為 0（0：FIFO 低于 WTM 級別；1：FIFO 等于或高于 WTM 級別）。
6. INT_F_OVR (位 0)：在 INT_DRDY 引腳上的 FIFO 溢出狀態。默認值為 0（0：未溢出；1：FIFO 中至少有一個樣本被覆蓋）。 這些設置允許用戶配置傳感器的中斷行為，包括數據就緒通知、FIFO 相關的狀態通知等。通過正確配置這些位，可以根據特定的應用需求調整傳感器的行為，優化數據采集和處理效率。

/* Configure inerrupt pins */ lps28dfw_pin_int_route_get(&dev_ctx, &int_route); int_route.drdy_pres = PROPERTY_DISABLE; lps28dfw_pin_int_route_set(&dev_ctx, &int_route);

輪詢讀取數據

對于壓強和溫度數據是否準備好，可以查看STATUS (27h)的Zyxda位，判斷是否有新數據到達。

對于壓強數據，主要在PRESS_OUT_XL (28h)-PRESS_OUT_H (2Ah)。

對于溫度數據，數據在TEMP_OUT_L (2Bh)-TEMP_OUT_H (2Ch)。

while (1) { /* Read output only if new values are available */ lps28dfw_all_sources_get(&dev_ctx, &all_sources); if ( all_sources.drdy_pres | all_sources.drdy_temp ) { lps28dfw_data_get(&dev_ctx, &md, &data); printf("pressure [hPa]:%6.2f temperature [degC]:%6.2frn",data.pressure.hpa, data.heat.deg_c); } }

演示

正常氣壓為50hPa到1050hPa之間。

主程序

#include "hal_data.h" #include "lps28dfw_reg.h" #include < stdio.h > fsp_err_t err = FSP_SUCCESS; volatile bool uart_send_complete_flag = false; void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args) { if(p_args- >event == UART_EVENT_TX_COMPLETE) { uart_send_complete_flag = true; } } /* Callback function */ i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED; uint32_t timeout_ms = 100000; void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args) { i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED; if (NULL != p_args) { /* capture callback event for validating the i2c transfer event*/ i2c_event = p_args- >event; } } #ifdef __GNUC__ //串口重定向 #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch) #else #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f) #endif PUTCHAR_PROTOTYPE { err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1); if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT(); while(uart_send_complete_flag == false){} uart_send_complete_flag = false; return ch; } int _write(int fd,char *pBuffer,int size) { for(int i=0;i< size;i++) { __io_putchar(*pBuffer++); } return size; } FSP_CPP_HEADER void R_BSP_WarmStart(bsp_warm_start_event_t event); FSP_CPP_FOOTER #define BOOT_TIME 10 //ms #define SENSOR_BUS g_i2c_master0_ctrl /* Private variables ---------------------------------------------------------*/ static uint8_t tx_buffer[1000]; static lps28dfw_data_t data; /* Private functions ---------------------------------------------------------*/ /* * WARNING: * Functions declare in this section are defined at the end of this file * and are strictly related to the hardware platform used. * */ static int32_t platform_write(void *handle, uint8_t reg, const uint8_t *bufp, uint16_t len); static int32_t platform_read(void *handle, uint8_t reg, uint8_t *bufp, uint16_t len); static void tx_com( uint8_t *tx_buffer, uint16_t len ); static void platform_delay(uint32_t ms); static void platform_init(void); /*******************************************************************************************************************//** * main() is generated by the RA Configuration editor and is used to generate threads if an RTOS is used. This function * is called by main() when no RTOS is used. **********************************************************************************************************************/ void hal_entry(void) { /* TODO: add your own code here */ /* Open the transfer instance with initial configuration. */ err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg); assert(FSP_SUCCESS == err); printf("hello world!n"); /* Initialize the I2C module */ err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg); /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */ assert(FSP_SUCCESS == err); R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_05, BSP_IO_LEVEL_LOW); lps28dfw_pin_int_route_t int_route; lps28dfw_all_sources_t all_sources; lps28dfw_bus_mode_t bus_mode; lps28dfw_stat_t status; stmdev_ctx_t dev_ctx; lps28dfw_id_t id; lps28dfw_md_t md; /* Initialize mems driver interface */ dev_ctx.write_reg = platform_write; dev_ctx.read_reg = platform_read; dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS; /* Wait sensor boot time */ platform_delay(BOOT_TIME); /* Check device ID */ lps28dfw_id_get(&dev_ctx, &id); printf("LPS28DFW_ID=0x%x,id.whoami=0x%xn",LPS28DFW_ID,id.whoami); if (id.whoami != LPS28DFW_ID) while(1); /* Restore default configuration */ lps28dfw_init_set(&dev_ctx, LPS28DFW_RESET); do { lps28dfw_status_get(&dev_ctx, &status); } while (status.sw_reset); /* Set bdu and if_inc recommended for driver usage */ lps28dfw_init_set(&dev_ctx, LPS28DFW_DRV_RDY); /* Select bus interface */ bus_mode.filter = LPS28DFW_AUTO; bus_mode.interface = LPS28DFW_SEL_BY_HW; lps28dfw_bus_mode_set(&dev_ctx, &bus_mode); /* Set Output Data Rate */ md.odr = LPS28DFW_4Hz; md.avg = LPS28DFW_16_AVG; md.lpf = LPS28DFW_LPF_ODR_DIV_4; md.fs = LPS28DFW_1260hPa; lps28dfw_mode_set(&dev_ctx, &md); /* Configure inerrupt pins */ lps28dfw_pin_int_route_get(&dev_ctx, &int_route); int_route.drdy_pres = PROPERTY_DISABLE; lps28dfw_pin_int_route_set(&dev_ctx, &int_route); while (1) { /* Read output only if new values are available */ lps28dfw_all_sources_get(&dev_ctx, &all_sources); if ( all_sources.drdy_pres | all_sources.drdy_temp ) { lps28dfw_data_get(&dev_ctx, &md, &data); printf("pressure [hPa]:%6.2f temperature [degC]:%6.2frn",data.pressure.hpa, data.heat.deg_c); } } #if BSP_TZ_SECURE_BUILD /* Enter non-secure code */ R_BSP_NonSecureEnter(); #endif }