通过数据手册创造属于自己的代码

Posted 2020-07-19 Sunnix

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了通过数据手册创造属于自己的代码相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

在开发的过程中我们经常会碰到一些新的芯片，首先要做的就是拿到数据手册，弄懂它的功能，然后就是写代码去驱动这个芯片。到了写驱动代码这一环节，按照通常的习惯就是去网上先找一下有没有类似的可以参考的代码，然后从别的平台移植到自己的平台，再调试一段时间，基本上就通了（我是在读的学生，公司的开发流程还不懂）。

如果经常这样做，心里老是有种不舒服的感觉，我仔细想了一下，大概有这么一些东西。首先就是，无论这个芯片最后有没有调通，运行的怎么样，自己心里明白这是别人的代码。其次就是，如果移植的代码跑的很顺利，那么很自然而然的就不再理会其中的细节，数据手册也马上就抛到脑后，这种做法有个很大的弊端就是如果有一天代码出问题了，这时你对这个芯片的熟悉程序是远远不够的，以至于不能快速的找出问题并解决，还有就是从别人的代码中找到蛛丝马迹并顺藤摸瓜解决问题，我感觉是相当头疼的一件事。最后一点也是最重要的一点，俗话说不想当将军的士兵不是好士兵，既然踏进这个行业，就励志做一名牛逼的工程师，所以不能满足于抄抄别人的代码，做一些移植工作，因为你所移植的代码，究其原点，终究是有人通过数据手册一行一行写出来的。还有就是，如果你开发的东西是相当高精尖的领域，总有时候是你在网上找不到可参考的代码。那么问题来了，这个踏足高精尖领域的工程师，不就是我们的理想吗。最后再说一下，移植代码并不可耻，甚至说一些重复代码是在浪费时间和精力，但是我们必须具备的一项素质就是通过阅读数据手册，能非常熟练的写出它的驱动代码。

今天就拿一个非常简单的AD芯片，不参考任何别人的代码，手头能用的资料就是数据手册和原理图，写出它的驱动代码。我们的平台是stm32f407，AD芯片是ADS1118，裸机程序。假设硬件工程师已经做好了完整的硬件电路。

作为软件，我们最首先关心的是芯片各个引脚的描述，一下是数据手册中关于引脚的描述

这样一看我们就会发现，芯片对外的接口是非常常用的SPI接口，SPI的SCLK接SCLK，MOSI接DIN，MISO接DOUT。CS接普通IO口，VDD供电，有四路输入信号，AIN0-AIN4，通过描述可以发现，这四路可以接成单极性的四路输入，或者双极性的两路输入。看完这些我们基本明白了这些引脚的功能，大体明白了芯片如何与MCU连接（SPI和I2C接口是两种非常常用的接口，所以两种通信协议烂熟于心）。

接下来要关心的东西就是寄存器，MCU控制一些外围芯片，最最常见的方式就是通过通信接口（本次是SPI接口）去读写芯片的寄存器，来达到控制的目的。以下是ADS1118的寄存器

ADS1118的寄存器可以说是非常简单，通过阅读数据手册会发现有两个16位寄存器，一个是转换结果的寄存器，它的属性是只读，也就是说这个16位寄存器保存着AD转换之后的结果。另一个就是配置寄存器，它的属性是读写，我们的控制全都是通过配置这个寄存器中的值来实现，所以接下来要非常仔细的阅读一下这个寄存器中各个位所代表的含义。以下是寄存器各个位的说明

我们可以看到bit15分两种情况，如果是读，那么就指示了芯片当前的工作状态，如果是在掉电模式也就是单次转换模式下写1，就开始一次数据转换，写0无影响。

bit14-12代表了当前输入信号的接法，也可以说是选择通道。以000为例，选择通过0和1，双极性输入。

bit11-9代表了转换芯片的量程，并且下面有一段注意事项的说明。

bit8代表了芯片的工作模式，连续转换和掉电两种模式。

bit7-5代表了转换速率。

bit4代表了温度传感器模式和ADC模式，也就是说这个芯片还可以作为温度传感器使用。

bit3代表了上拉模式的是否使能。

bit2-1代表了数据是否写入寄存器，这个和SPI的特性有关，而且这个芯片还有一定的特殊性，下面再解释为什么设置这个位。

bit0数据转换就绪标志，也就是标志了当前的是正在转换还是转换结束。

寄存器的说明就看完了，也就死明白了要控制这个芯片，需要往寄存器中写入什么样的值，来达到自己的目的。虽然我们明白了数据通过SPI接口写进芯片，也明白了该写的值，但是我们不明白数据要组织成怎样的格式，写进芯片。所以我们最后还需要知道读写数据的帧格式，也就是时序，也可以说是简单的通信协议。就是说MCU要按照芯片的要求，把要写的数据组织成一定的格式，芯片才能明白你写进来的数据所代表的含义。

以下是ADS1118数据手册中的时序图

我们可以看到连续转换模式和单次转换模式有两种不同的时序，两者的不同只表现在DOUT引脚。在连续模式下，DOUT引脚变低，指示本次转换完成，数据必须在16/FCLK时间内读出，在单次模式下DOUT引脚不会变低。这样我们就会发现，要操作这个芯片，首先将CS拉低，然后从MOSI数据线上将数据以CONFIGMSB、CONFIGLSB、CONFIGMSB、CONFIGLSB的格式写进芯片，同时在MISO数据线上会读到DATAMSB、DATALSB、CONFIGMSB、CONFIGLSB。这样我们就明白了数据以何种形似组织。接下来就可以写驱动代码，写代码之前，最好有个流程图，如果是比较简单的流程，可以再脑子里大体构思一下。本次我们的流程很简单，就是配置寄存器->读取转换结果。

然后我们按步骤开始写代码。

1、新建 .c和 .h文件，把需要对外提供的接口函数写进 .h文件，本次我们新建ads1118.c和ads1118.h两个文件，ads1118.h文件中对外提供配置函数ADS_Configure()和操作函数ADS_SetReg()和ADS_ReadData()。

2、实现配置函数，在配置函数中打开外设的时钟，本次用到的外设就是SPI和IO口，所以就需要打开相应外设的时钟。配置外设参数，本次用到了SPI和IO口，就需要配置SPI的工作参数和IO的模式参数等等。

3、实现操作函数，在实现操作函数之前，先需要把两个操作函数中公用的部分抽留出来，写成一个独立的函数，供两个函数调用。本次两个操作函数，不管是配置芯片寄存器还是读取转换值，都需要一个发送数据的公共函数，同时这个函数还要能回SPI MISO线上的数据，这个函数如下

u8 SPI1_SendByte(u8 data)
{
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESET);
	SPI_I2S_SendData(SPI1, data);
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_RXNE)==RESET);
    return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); 
}

这个函数的作用就是通过SPI接口发送一个字节数据，同时返回SPI MISO线上的数据。有了这个函数的支持，我们就很容易实现操作函数ADS_SetReg()，因为ADS1118芯片只有一个读写寄存器，宽度为16位，写的顺序我们通过数据手册知道是MSB、LSB。那么我们只需要按时序，把16位寄存器的值按照高八位和低八位顺序，调用SPI1_SendByte()发出即可，实现如下

void ADS_SetReg(u16 controlNum)
{
	ADS_CSL;
	SPI1_SendByte(controlNum>>8);
	SPI1_SendByte(controlNum);
	ADS_CSH;
}

ADS_CSL和ADS_CSH两个宏只是操作IO口将ADS1118芯片的CS线拉高或拉低。

最后再实现ADS_ReadData()函数，这个函数实现思想就是按照读时序图，发送两次CONFIG MSB、CONFIG LSB，同时在MISO数据线上读回数据，函数的实现如下

void ADS_ReadData(u16 controlNum,u8 *buf)
{
	ADS_CSL;
	*buf=SPI1_SendByte(controlNum>>8);
	buf++;
	*buf=SPI1_SendByte(controlNum);
	buf++;
	*buf=SPI1_SendByte(controlNum>>8);
	buf++;
	*buf=SPI1_SendByte(controlNum);
	ADS_CSH;
}

在这里额外说明一下，在读取数据的时候，芯片要求发送两次CONFIG MSB、CONFIG LSB，其实这个CONFIG MSB、CONFIG LSB值可以随便写，因为在配置寄存器中，有两个位来决定本次的配置数据是否写入寄存器，我们只需要保证该位不是01即可，因为数据不会写入寄存器。既然不会写入寄存器，那为社么还要写这些数据，这就和SPI的特性有关了，因为SPI传输数据时，不像串口那样有双方约定好的波特率，传输的速率取决于SCLK时钟线，双方在SCLK的上升沿或者下降沿读取数据，这样通过数据线和时钟线的配合，双方才能读取到正确的数据。如果是主机给从机发数据，那么只需要主机控制好时钟线，将数据发出即可（这也是为什么SPI可以通过普通IO口模拟的原因），如果主机要从从机读数据，从机是无法控制时钟线的，所以就需要主机发送一帧无效的数据，产生时钟信号，然后从机就有了时钟信号，“趁机”把数据从MISO线上发给主机。

这样驱动代码就算是写完了，我们只需要按照寄存器各个位的说明，结合你自己的接线方法、控制要求写出各个位的值，然后组成一个16bit的数据，假设按照控制要求，最终写成的数据是0XC2EB，那么我们在需要处调用ADS_SetReg(0XC2EB)，就会将配置的这些值写进芯片的寄存器。假设数据转换结束，我们再调用ADS_ReadData()函数，转换的结果按照MSB、LSB的顺序保存在buf中。

为了更有说服力，看一下实验现象，首先将0XC2EB的值写进芯片的寄存器，为了直观起见，看一下示波器上的信号。黄色为时钟线，蓝色为数据线