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參 考 價 | 面議 |
應用領域 | 石油,電子,交通,電氣,綜合 |
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在我們的產品中經常有需要溫度檢測的地方,而熱電偶溫度檢測電路是我們常用的。熱電偶溫度檢測的方法很多,有時出于簡單方便的考慮我們會選擇熱偶溫度變送器來實現(xiàn),這一篇我們就來討論使用MAX31856熱電偶溫度變送器實現(xiàn)溫度的檢測。
MAX31856可以對任何類型熱電偶的信號進行冷端補償和數(shù)字轉換,輸出數(shù)據(jù)以攝氏度為單位。轉換器溫度分辨率達0.0078125°C,允許讀取+1800°C、-210°C(取決于熱電偶類型)的溫度讀數(shù),熱電偶電壓測量精度達±0.15%。熱電偶輸入端提供±45V過壓保護。
MAX31856內部的查找表(LUT)儲存不同類型熱電偶(K、J、N、R、S、T、E和B)的線性修正數(shù)據(jù)。而且MAX31856還具備50H和60Hz電網(wǎng)頻率濾波,也是熱電偶故障檢測頻率。SPI兼容接口允許選擇熱電偶類型并設置轉換和故障檢測過程。
熱電偶功能是檢測熱電偶線兩端的溫度差。可在熱電偶的額定工作溫度范圍內測量其檢測端(常稱為“熱"端),關于熱電偶測溫范圍:
MAX31856將冷端溫度數(shù)據(jù)儲存在寄存器0Ah和0Bh。使能冷端溫度檢測時,這些寄存器為只讀,其中包含實測冷端溫度加冷端失調寄存器的數(shù)值。冷端溫度檢測使能時,讀取寄存器操作將DRDY引腳復位為高電平。應通過多字節(jié)傳輸讀取該寄存器的兩個字節(jié),以確保兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)來自同一次溫度更新。禁止冷端溫度檢測時,這些寄存器為可讀/寫寄存器,其中包含的實測溫度值。如果需要,禁止內部冷端檢測時,可將來自外部溫度傳感器的數(shù)據(jù)寫入這些傳感器。冷端溫度鉗位在128°C,小溫度鉗位在-64°C。
由于所有熱電偶都具有非線性,必須對冷端補償后的原始值進行線性修正,并轉換為溫度值。為實現(xiàn)這一處理,利用LUT產生經過線性化和冷端補償?shù)臏囟戎担幻看无D換后,將其作為19位數(shù)據(jù)儲存在線性化熱電偶溫度寄存器(0Ch、0Dh和0Eh)中。應通過多字節(jié)傳輸讀取全部三個字節(jié),以確保所有數(shù)據(jù)來自于同一次數(shù)據(jù)更新。關于線性化熱電偶溫度數(shù)據(jù)格式,
與MAX31856的通信通過16個包含轉換、狀態(tài)和配置數(shù)據(jù)的8位寄存器實現(xiàn),全部設置均通過選擇相應寄存器單元的對應地址完成,寄存器存儲器映射所示為溫度、狀態(tài)和配置寄存器的地址。存取寄存器時,使用地址0Xh為讀操作,地址8Xh為寫操作。讀寫數(shù)據(jù)時,寄存器MSB在前。如果對只讀寄存器執(zhí)行寫操作,不改變該寄存器的值。
我們了解了MAX31856熱偶溫度變送器的基本情況,接下來我們考慮如何實現(xiàn)MAX31856熱偶溫度變送器的驅動程序。
我們依然是基于對象的概念來實現(xiàn)驅動程序的設計。 所以我們首先來考慮對象類型的定義。
作為一個對象至少包含有屬性和操作。 我們先來分析一下MAX31856熱偶溫度變送器對象的屬性有哪些。 MAX31856熱偶溫度變送器擁有16個寄存器,這些寄存器標識了MAX31856熱偶溫度變送器當前時刻所處的狀態(tài),所以我們將它們定義為屬性。 同時考慮到記錄當前時刻讀取的溫度轉換值和根據(jù)物理量程轉換的溫度值,所以我們將目標溫度及冷端溫度的ADC轉換值及物理量值作為MAX31856熱偶溫度變送器對象的屬性。
接下來我們考慮一下MAX31856熱偶溫度變送器對象需要實現(xiàn)哪些操作。 我們只考慮與具體平臺依賴性較強的操作。 對于MAX31856熱偶溫度變送器對象,當其完成AD轉換回給出一個就緒指示,我們需要實時的檢測這個信號,并且這個過程依賴于具體的軟硬件平臺,所以我們將檢測過程設計為對象的操作。 我們使用MAX31856熱偶溫度變送器需要對其進行讀寫,這一過程也同樣依賴于具體的軟硬件平臺,所以我們也將其作為對象的操作。 另外MAX31856用一個片選信號,在實現(xiàn)總線操作時我們需要以此來選擇目標器件,所以我們也將其作為對象的操作。 根據(jù)前述對屬性和操作的分析,我們可以定義對象類型如下:
復制/*定義MAX31856對象類型*/typedef struct Max31856Object { uint8_t regValue[16]; uint32_t mDataCode; uint32_t rDataCode; float mTemperature; //TC測量溫度 float rTemperature; //冷端溫度 uint8_t (*Ready)(void); void (*ReadData)(uint8_t *rData,uint16_t rSize); void (*WriteData)(uint8_t *wData,uint16_t wSize); void (*ChipSelcet)(Max31856CSType cs); //片選信號}Max31856ObjectType;
我們已經定義了對象類型,使用對象類型l可以聲明類型變量,但類型變量必須要初始化才能使用,所以我們還需要設計一個對象的初始化函數(shù)。 在這個初始化函數(shù)中,我們需要將對象變量以及具體應用相關的屬性及操作作為參數(shù)傳入,并對對象的各個屬性及操作函數(shù)指針賦初值。 具體實現(xiàn)如下;
復制/*初始化MAX31855對象*/void Max31856Initialization(Max31856ObjectType *tc, //MAX31856對象變量 Max31856Ready ready, //就緒信號 Max31856ReadDataType read, //讀MAX31856函數(shù)指針 Max31856WriteDataType write, //寫MAX31856函數(shù)指針 Max31856ChipSelcetType cs //片選操作函數(shù)指針 ){ uint8_t regValue=0; uint8_t rData[16]={0}; if((tc==NULL)||(ready==NULL)||(read==NULL)||(write==NULL)) { return; } tc->Ready=ready; tc->ReadData=read; tc->WriteData=write; if(cs!=NULL) { tc->ChipSelcet=cs; } else { tc->ChipSelcet=DefaultChipSelect; } tc->mDataCode=0; tc->rDataCode=0; tc->mTemperature=0.0; tc->rTemperature=0.0; tc->ChipSelcet(Max31856CS_Disable); regValue=0x81; WriteRegister(tc,REG_CR0,regValue); ReadRegister(tc,REG_CR0,rData,16); for(int i=0;i<16;i++) { tc->regValue[i]=rData[i]; }}
我們定義了對象類型并實現(xiàn)了初始化函數(shù),接下來我們需要考慮要對MAX31856熱偶溫度變送器執(zhí)行整么樣的操作,畢竟得到數(shù)據(jù)才是我們的目的。 我們考慮到需要設置相應的寄存器以實現(xiàn)相應功能,同時也需要獲取寄存器的值以得到設備狀態(tài),或者從MAX31856熱偶溫度變送器獲取測量數(shù)據(jù)。
我們先來看怎么讀取寄存器的值。 我們讀取寄存器的值用于判斷MAX31856當前的運行狀態(tài),前面我們已經敘述過寄存器的地址及功能,而讀寄存器的時序要求如下:
根據(jù)前面的描述及上述時序圖的要求可以編寫讀寄存器的函數(shù)如下:
復制/*讀寄存器操作*/static void ReadRegister(Max31856ObjectType *tc,uint8_t regAddr,uint8_t *rData,uint8_t rSize){ uint8_t wData=regAddr; if(rSize<1) { return; } tc->ChipSelcet(Max31856CS_Enable); tc->WriteData(&wData,1); tc->ReadData(rData,rSize); tc->ChipSelcet(Max31856CS_Disable);}
同樣我們寫寄存器時,我們根據(jù)前述寄存器的相關描述和寫寄存器的時序圖來實現(xiàn)。 寫寄存器的時序圖如下:
根據(jù)上述描述我們可以實現(xiàn)寫寄存器值的函數(shù)如下:
復制/*寫寄存器操作*/static void WriteRegister(Max31856ObjectType *tc,uint8_t regAddr,uint8_t value){ uint8_t wData[2]; if(regAddr>11) { return; } wData[0]=regAddr+0x80; wData[1]=value; tc->ChipSelcet(Max31856CS_Enable); tc->WriteData(wData,2); tc->ChipSelcet(Max31856CS_Disable);}
我們使用MAX31856的目的就是為了得到溫度測量數(shù)據(jù),所以我們來看看如何讀取溫度數(shù)據(jù)。 溫度轉換值可以一次讀取測量數(shù)據(jù)和冷端數(shù)據(jù),其時序圖如下:
根據(jù)上述描述我們一次性讀取6個字節(jié)的數(shù)據(jù),具體實現(xiàn)如下:
復制/*獲取MAX31855測量數(shù)據(jù)*/void Max31856GetDatas(Max31856ObjectType *tc){ uint8_t rData[6]={0}; if(tc->Ready()) { if((tc->regValue[REG_CR0]&0x80) != 0x80) { WriteRegister(tc,REG_CR0,0x81); ReadRegister(tc,REG_CR0,rData,1); tc->regValue[REG_CR0]=rData[0]; } return; } ReadRegister(tc,REG_CJTH,rData,6); tc->rDataCode=(rData[0]<<8)+rData[1]; tc->mDataCode=(rData[2]<<16)+(rData[3]<<8)+rData[4]; tc->regValue[REG_SR]=rData[5]; tc->mTemperature=CalcMeasureTemperature(tc->mDataCode); tc->rTemperature=CalcColdEndTemperature(tc->rDataCode);}
我們已經實現(xiàn)了MAX31856熱偶溫度變送器的驅動程序,這一節(jié)我們來使用該驅動程序實現(xiàn)一個簡單應用,以驗證驅動程序的正確性。
首先我們需要使用前面定義的MAC31856熱偶溫度變送器對象類型聲明一個對象變量。 在我們的系統(tǒng)中,總線上掛載了4個MAX31856,所以我們聲明如下:
復制Max31856ObjectType tcObj[4];
聲明的對象變量需要先初始化方可使用,而初始化函數(shù)有5個參數(shù)。 個參數(shù)是需要要初始化的對象變量的指針,而余下的4個參數(shù)則是平臺相關的操作函數(shù)指針。 這些函數(shù)的原型定義如下:
復制typedef uint8_t (*Max31856Ready)(void);typedef void (*Max31856ReadDataType)(uint8_t *rData,uint16_t rSize);typedef void (*Max31856WriteDataType)(uint8_t *wData,uint16_t wSize);typedef void (*Max31856ChipSelcetType)(Max31856CSType cs); //片選信號
這幾個函數(shù)則是我們需要根據(jù)具體的軟硬件平臺來實現(xiàn)的。 由于是在同一總線上,所以讀寫函數(shù)只需統(tǒng)一定義就好,但偏選信號和就緒信號則需根據(jù)模塊單獨定義。 具體的函數(shù)實現(xiàn)如下:
復制/*溫度模塊1就緒操作函數(shù)*/static uint8_t Tc1Ready(void){ uint8_t result=1; result=HAL_GPIO_ReadPin(TC1_RDY_GPIO_Port,TC1_RDY_Pin); return result;}/*溫度模塊2就緒操作函數(shù)*/static uint8_t Tc2Ready(void){ uint8_t result=1; result=HAL_GPIO_ReadPin(TC2_RDY_GPIO_Port,TC2_RDY_Pin); return result;}/*溫度模塊3就緒操作函數(shù)*/static uint8_t Tc3Ready(void){ uint8_t result=1; result=HAL_GPIO_ReadPin(TC3_RDY_GPIO_Port,TC3_RDY_Pin); return result;}/*溫度模塊4就緒操作函數(shù)*/static uint8_t Tc4Ready(void){ uint8_t result=1; result=HAL_GPIO_ReadPin(TC4_RDY_GPIO_Port,TC4_RDY_Pin); return result;}/*SPI1寫數(shù)據(jù)操作*/static void WriteData(uint8_t *wData,uint16_t wSize){ HAL_SPI_Transmit(&hspi1, wData, wSize, 1000);}/*溫度模塊1片選操作函數(shù)*/static void Tc1ChipSelcet(Max31856CSType cs){ if(Max31856CS_Enable == cs) { HAL_GPIO_WritePin(TC1_CS_GPIO_Port, TC1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET); return; } HAL_GPIO_WritePin(TC1_CS_GPIO_Port, TC1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);}/*溫度模塊2片選操作函數(shù)*/static void Tc2ChipSelcet(Max31856CSType cs){ if(Max31856CS_Enable == cs) { HAL_GPIO_WritePin(TC2_CS_GPIO_Port, TC2_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET); return; } HAL_GPIO_WritePin(TC2_CS_GPIO_Port, TC2_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);}/*溫度模塊3片選操作函數(shù)*/static void Tc3ChipSelcet(Max31856CSType cs){ if(Max31856CS_Enable == cs) { HAL_GPIO_WritePin(TC3_CS_GPIO_Port, TC3_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET); return; } HAL_GPIO_WritePin(TC3_CS_GPIO_Port, TC3_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);}/*溫度模塊4片選操作函數(shù)*/static void Tc4ChipSelcet(Max31856CSType cs){ if(Max31856CS_Enable == cs) { HAL_GPIO_WritePin(TC4_CS_GPIO_Port, TC4_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET); return; } HAL_GPIO_WritePin(TC4_CS_GPIO_Port, TC4_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);}
完成這些函數(shù)的定義后我們就可以初始化對象變量了! 將對象變量的指針以及這些函數(shù)的指針作為參數(shù)傳遞給初始化函數(shù),具體實現(xiàn)如下:
復制/*初始化MAX31856對象*/ Max31856Initialization(&tcObj[3], Tc4Ready, ReadData, WriteData, Tc4ChipSelcet ); Max31856Initialization(&tcObj[0], Tc1Ready, ReadData, WriteData, Tc1ChipSelcet ); Max31856Initialization(&tcObj[1], Tc2Ready, ReadData, WriteData, Tc2ChipSelcet ); Max31856Initialization(&tcObj[2], Tc3Ready, ReadData, WriteData, Tc3ChipSelcet );
至此我們就完成了對象變量的聲明及初始化,在后續(xù)操作中就可以使用對象變量對對應的MAX32856熱偶溫度變送器進行各種操作。
現(xiàn)在我們就可以在應用中使用驅動程序完成我們想要對MAX31856進行的操作了!在這個例子中我們分別讀取4個MAX31856對象去測量值,并對這個測量值進行濾波處理。
復制Max31856GetDatas(&tcObj[0]); tFilter[0].newValue=tcObj[0].mTemperature; if(tcObj[0].mTemperature<0.0) { kF[0]=1.125; } aPara.phyPara.tc1Temp=Power3Polyfit(BandSmoothingFilter(&tFilter[0]),0.0,0.0,kF[0],0.0); Max31856GetDatas(&tcObj[1]); tFilter[1].newValue=tcObj[1].mTemperature; if(tcObj[1].mTemperature<0.0) { kF[1]=1.126; } aPara.phyPara.tc2Temp=Power3Polyfit(BandSmoothingFilter(&tFilter[1]),0.0,0.0,kF[1],0.0); Max31856GetDatas(&tcObj[2]); tFilter[2].newValue=tcObj[2].mTemperature; if(tcObj[2].mTemperature<0.0) { kF[2]=1.125; } aPara.phyPara.tc3Temp=Power3Polyfit(BandSmoothingFilter(&tFilter[2]),0.0,0.0,kF[2],0.0); Max31856GetDatas(&tcObj[3]); tFilter[3].newValue=tcObj[3].mTemperature; if(tcObj[3].mTemperature<0.0) { kF[3]=1.125; } aPara.phyPara.tc4Temp=Power3Polyfit(BandSmoothingFilter(&tFilter[3]),0.0,0.0,kF[3],0.0);
到這里我們就完成了整個測試程序的編寫,運行后能夠正確讀取溫度數(shù)據(jù),說明我們設計的驅動程序是正確的。
在這一篇中我們設計并實現(xiàn)了MAX31856熱偶溫度變送器的驅動程序,也編寫了測試應用來驗證這一驅動程序,測試的結果符合我們的預期。事實上,這一測試應用是從我們的實際項目中提取出來的,我們設計的MAX31856熱偶溫度變送器驅動程序在實際項目中運行也符合要求。
在使用驅動程序時需要注意,在我們的應用中是一條SPI總線掛載了4個MAX31856模塊,所以需要偏選信號。如果在應用中MAX31856是硬件設定的偏選信號,則可以在初始化時使用NULL或者空函數(shù)替代。
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