壓力檢測也是經(jīng)常會遇到的需求，比如環(huán)境壓力或者低壓氣體等都會用到壓力檢測。這類檢測壓力都比較低，一般不會超過大氣壓，有時甚至是負壓。這一篇我們要討論的MS5536C就屬于這類器件。接下來我們將設(shè)計并實現(xiàn)MS5536C的驅(qū)動。

1 、功能概述

　　MS5536C是一個系列的高分辨率工廠校準(zhǔn)壓力傳感器。該設(shè)備包括一個壓阻式壓力傳感器和一個ADC，采用三線SPI接口。該設(shè)備以16位數(shù)據(jù)字的形式提供數(shù)字壓力和溫度信息。其結(jié)構(gòu)圖如下：

　　MS5536C包含壓阻傳感器和傳感器接口IC。MS5536C的主要功能是將壓阻壓力傳感器的模擬輸出電壓為一個16位數(shù)字的值，以及提供一個16位數(shù)字值的溫度傳感器。MS5536C通過SPI接口與外界進行數(shù)字通訊，其引腳定義如下：

　　由于壓力傳感器的輸出電壓很大程度上取決于溫度和工藝公差，因此有必要對這些影響進行補償。每個模塊都是在兩個溫度和兩個壓力下單獨校準(zhǔn)的。因此，計算了6個必要的系數(shù)來補償工藝變化和溫度變化，并存儲在每個模塊的64位PROM中。4個字的位排序組合為6個有效系數(shù)，具體如下：

　　對于MS5536C表壓傳感器，在MCU發(fā)送信號時，使用時鐘上升沿；在MCU接收數(shù)據(jù)時，采用時鐘下降沿。

2 、驅(qū)動設(shè)計與實現(xiàn)

　　我們已經(jīng)了解了MS5536C壓力傳感器的基本情況。接下來我們將在此基礎(chǔ)上設(shè)計并實現(xiàn)MS5536C壓力傳感器的驅(qū)動程序。

2.1 、對象定義

　　在使用一個對象之前我們需要獲得一個對象。同樣的我們想要MS5536C壓力傳感器就需要先定義MS5536C壓力傳感器的對象。

2.1.1 、對象的抽象

　　我們要得到MS5536C壓力傳感器對象，需要先分析其基本特性。一般來說，一個對象至少包含兩方面的特性：屬性與操作。接下來我們就來從這兩個方面思考一下MS5536C壓力傳感器的對象。

　　先來考慮屬性，作為屬性肯定是用于標(biāo)識或記錄對象特征的東西。我們來考慮MS5536C壓力傳感器對象屬性。首先每一臺MS5536C設(shè)備都有6個校準(zhǔn)系數(shù)，每次測量都需要使用，所以我們將其作為屬性保存下來。另一個，測量的溫度壓力數(shù)據(jù)指示了MS5536C的工作狀態(tài)，所以我們也將其作為屬性。

　　接著我們還需要考慮MS5536C壓力傳感器對象的操作問題。我們要獲取數(shù)據(jù)就要訪問MS5536C的寄存器，就需要向其發(fā)送數(shù)據(jù)和從其接收數(shù)據(jù)，但讀寫操作通常依賴于具體硬件平臺，所以我們將讀寫行為作為對象的操作。訪問MS5536C時，發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)分別采用時鐘的上升沿和下降沿，這樣我們必須修改SPI端口的模式，這同樣與硬件平臺相關(guān)，所以我們將其定義為對象的操作。此外，控制時序需要處理延時，而實現(xiàn)延時同樣依賴于具體的軟硬件平臺，所以我們將延時也作為對象的操作。

　　根據(jù)上述我們對MS5536C壓力傳感器的分析，我們可以定義MS5536C壓力傳感器的對象類型如下：

1 //定義MS5536C對象類型
 2 typedef struct MS5536cObject {
 3   uint16_t coef1;        //校準(zhǔn)系數(shù)C1
 4   uint16_t coef2;        //校準(zhǔn)系數(shù)C2
 5   uint16_t coef3;        //校準(zhǔn)系數(shù)C3
 6   uint16_t coef4;        //校準(zhǔn)系數(shù)C4
 7   uint16_t coef5;        //校準(zhǔn)系數(shù)C5
 8   uint16_t coef6;        //校準(zhǔn)系數(shù)C6
 9  
10   int32_t pressure;     //壓力100倍整數(shù)值
11   int32_t temperature;  //溫度100倍整數(shù)值
12  
13   float fPressure;     //壓力浮點數(shù)值
14   float fTemperature;  //溫度浮點數(shù)值
15  
16   void (*ReadWriteMS)(uint8_t *txData，uint8_t *rxData，uint16_t number);
17   void (*Delayms)(volatile uint32_t Delay);
18   void (*SetPhase)(MS5536cPhaseType phase);
19 }MS5536cObjectType;

2.1.2 、對象初始化

　　我們知道，一個對象僅作聲明是不能使用的，我們需要先對其進行初始化，所以這里我們來考慮MS5536C壓力傳感器對象的初始化函數(shù)。一般來說，初始化函數(shù)需要處理幾個方面的問題。一是檢查輸入參數(shù)是否合理；二是為對象的屬性賦初值；三是對對象作必要的初始化配置。據(jù)此我們設(shè)計MS5536C壓力傳感器對象的初始化函數(shù)如下：

1 /* 對MS5536C對象進行初始化 */
 2 void Ms5536cInitialization(MS5536cObjectType *ms，
 3                                       MS5536cReadWriteMS readwrite，
 4                                       MS5536cSetPhase setPhase，
 5                                       MS5536cDelayms delayms
 6                                       )
 7 {
 8   if((ms==NULL)||(readwrite==NULL)||(setPhase==NULL)||(delayms==NULL))
 9   {
10     return;
11   }
12   ms->ReadWriteMS=readwrite;
13   ms->SetPhase=setPhase;
14   ms->Delayms=delayms;
15       
16   ms->coef1=0;
17   ms->coef2=0;
18   ms->coef3=0;
19   ms->coef4=0;
20   ms->coef5=0;
21   ms->coef6=0;
22  
23   ms->pressure=0;
24   ms->fPressure=0.0;
25  
26   ms->temperature=0;
27   ms->fTemperature=0.0;
28  
29   //復(fù)位
30   Ms5336cSoftwareReset(ms);
31  
32   ms->Delayms(10);
33  
34   //獲取修正系數(shù)
35   GetCoefficientForMs5536c(ms);
36 }

2.2 、對象操作

　　我們已經(jīng)完成了MS5536C壓力傳感器對象類型的定義和對象初始化函數(shù)的設(shè)計。但我們的主要目標(biāo)是獲取對象的信息，接下來我們還要實現(xiàn)面向MS5536C壓力傳感器的各類操作。

2.2.1 、測量數(shù)據(jù)讀取

　　在MS5536C中，壓力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及校準(zhǔn)系數(shù)的獲取器操作是類似的，我們只需要操作響應(yīng)的寄存器就好了，所以我們一并考慮它們。

　　MS5536C中，壓力數(shù)據(jù)是一個16位的數(shù)據(jù)，讀取的時序需要在發(fā)送命令和接受數(shù)據(jù)時采用不同的時鐘沿。

　　MS5536C中，溫度數(shù)據(jù)是一個16位的數(shù)據(jù)，讀取溫度數(shù)據(jù)的時序與壓力數(shù)據(jù)一樣，也需要在發(fā)送命令和接收數(shù)據(jù)時采用不同的時鐘沿。

　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要時間，所以在發(fā)送命令后要等待33毫秒，根據(jù)上述時序圖，我們可以分析并設(shè)計讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的操作如下：

1 /* 讀取測量數(shù)據(jù) */
 2 static uint16_t ReadMeasureData(MS5536cObjectType *ms,uint16_t command)
 3 {
 4   uint8_t txData[2];
 5   uint8_t rxData[2];
 6   uint16_t result=0;
 7  
 8   txData[0]=(uint8_t)(command>>8);
 9   txData[1]=(uint8_t)command;
10   ms->ReadWriteMS(txData,rxData,2);
11  
12   ms->Delayms(23);
13   ms->SetPhase(MS5536_SCLK_FALL);
14   ms->Delayms(10);
15  
16   txData[0]=0x00;
17   txData[1]=0x00;
18   ms->ReadWriteMS(txData,rxData,2);
19  
20   result=(rxData[0]<<8)+rxData[1];
21  
22   ms->SetPhase(MS5536_SCLK_RISE);
23   ms->Delayms(10);
24   return result;
25 }

2.2.2 、寄存器讀取

　　MS5536C中，修正系數(shù)是有4個字組成，其實是6個系數(shù)，前面已經(jīng)介紹了它的格式，讀取這幾個數(shù)據(jù)的時序也需要在發(fā)送命令和接受數(shù)據(jù)時采用不同的時鐘沿。字1和字3的時序圖如下：

　　讀取字2和字4的時序圖如下：

　　根據(jù)上述時序圖，我們可以分析并設(shè)計讀取寄存器的操作如下：

1 /* 讀取寄存器值 */
 2 static uint16_t ReadRegister(MS5536cObjectType *ms，uint16_t command)
 3 {
 4   uint8_t txData[2];
 5   uint8_t rxData[2];
 6   uint16_t result=0;
 7  
 8   txData[0]=(uint8_t)(command>>8);
 9   txData[1]=(uint8_t)command;
10   ms->ReadWriteMS(txData，rxData，2);
11  
12   ms->SetPhase(MS5536_SCLK_FALL);
13  
14   txData[0]=0x00;
15   txData[1]=0x00;
16   ms->ReadWriteMS(txData，rxData，2);
17   result=(rxData[0]<<8)+rxData[1];
18  
19   ms->SetPhase(MS5536_SCLK_RISE);
20   ms->Delayms(1);
21   return result;
22 }

2.2.3 、系統(tǒng)復(fù)位

　　復(fù)位信號的序列是特殊的，因為它的獨特模式是由模塊在任何狀態(tài)下識別的。因此，如果微控制器和MS5536C之間的同步丟失，它可以用來重新啟動。這個序列是21位長。DOUT信號可能在這一序列中發(fā)生變化。建議在第一次轉(zhuǎn)換序列之前發(fā)送復(fù)位序列，以避免在電氣干擾情況下永久掛起協(xié)議。其時序圖如下：

1 /*對MS5336C進行軟件復(fù)位*/
2 void Ms5336cSoftwareReset(MS5536cObjectType *ms)
3 {
4   //命令為21位：10101010 10101010 00000
5   uint8_t command[3]={170，170，0};
6   uint8_t rxDate[3];
7  
8   ms->ReadWriteMS(command，rxDate，3);
9 }

3 、驅(qū)動的使用

　　我們設(shè)計并實現(xiàn)了MS5536C壓力傳感器的驅(qū)動程序，我們還要設(shè)計一個簡單的應(yīng)用來驗證這個驅(qū)動程序設(shè)計是否正確。所以接下來我們就基于驅(qū)動設(shè)計一個應(yīng)用。

3.1 、聲明并初始化對象

　　使用基于對象的操作我們需要先得到這個對象，所以我們先要使用前面定義的MS5536C壓力傳感器對象類型聲明一個MS5536C壓力傳感器對象變量，具體操作格式如下：

　　MS5536cObjectType ms5536;

　　聲明了這個對象變量并不能立即使用，我們還需要使用驅(qū)動中定義的初始化函數(shù)對這個變量進行初始化。這個初始化函數(shù)所需要的輸入?yún)?shù)如下：

　　MS5536cObjectType *ms，MS5536對象

　　MS5536cReadWriteMS readwrite，讀寫操作

　　MS5536cSetPhase setPhase，相位設(shè)置操作

　　MS5536cDelayms delayms，延時操作

　　對于這些參數(shù)，對象變量我們已經(jīng)定義了。所需要考慮的主要是我們需要定義幾個函數(shù)，并將函數(shù)指針作為參數(shù)。這幾個函數(shù)的類型如下：

1 typedef void (*MS5536cReadWriteMS)(uint8_t *txData,uint8_t *rxData,uint16_t number);
2 
3 typedef void (*MS5536cDelayms)(volatile uint32_t Delay);
4 
5 typedef void (*MS5536cSetPhase)(MS5536cPhaseType phase);

　　對于這幾個函數(shù)我們根據(jù)樣式定義就可以了，具體的操作可能與使用的硬件平臺有關(guān)系。具體函數(shù)定義如下：

1 /* 通過SPI端口發(fā)送數(shù)據(jù) */
 2 static void ReadWriteBySPI(uint8_t *txData,uint8_t *rxData,uint16_t number)
 3 {
 4 HAL_SPI_TransmitReceive(&ms5536hspi,txData,rxData,number,1000);
 5 }
 6 
 7 /* SPI1 初始化配置 */
 8 static void MS5536_SPI_Configuration(MS5536cPhaseType phase)
 9 {
10   /* SPI1 端口參數(shù)配置*/
11   ms5536hspi.Instance = SPI1;
12   ms5536hspi.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
13   ms5536hspi.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
14   ms5536hspi.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
15   ms5536hspi.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
16   if(phase==MS5536_SCLK_RISE)
17   {
18     ms5536hspi.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
19   }
20   else
21   {
22     ms5536hspi.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE;
23   }
24   ms5536hspi.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
25   ms5536hspi.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;
26   ms5536hspi.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
27   ms5536hspi.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
28   ms5536hspi.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
29   ms5536hspi.Init.CRCPolynomial = 7;
30   if (HAL_SPI_Init(&ms5536hspi) != HAL_OK)
31   {
32   }
33 }

　　對于延時函數(shù)我們可以采用各種方法實現(xiàn)。我們采用的STM32平臺和HAL庫則可以直接使用HAL_Delay()函數(shù)。于是我們可以調(diào)用初始化函數(shù)如下：

　　Ms5536cInitialization(&ms5536,ReadWriteBySPI,MS5536_SPI_Configuration,HAL_Delay);

3.2 、基于對象進行操作

　　我們定義了對象變量并使用初始化函數(shù)給其作了初始化。接著我們就來考慮操作這一對象獲取我們想要的數(shù)據(jù)。我們在驅(qū)動中已經(jīng)將獲取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換值的比例值，接下來我們使用這一驅(qū)動開發(fā)我們的應(yīng)用實例。

1 /*壓力數(shù)據(jù)處理*/
 2 void PresDataProcess(void)
 3 {
 4   float pressure=0.0;
 5   float temperature=0.0;
 6       
 7   GetMeasureForMs5536c(&ms5536);
 8  
 9   pressure=ms5536.fPressure;
10   temperature=ms5536.fTemperature;
11 }

4 、應(yīng)用總結(jié)

　　我們設(shè)計了MS5536C壓力傳感器的驅(qū)動程序，并且設(shè)計了一個簡單的應(yīng)用來驗證它。事實上，在此之前我們已經(jīng)在項目中使用過MS5536C壓力傳感器，并且正確的得到了我們想要的數(shù)據(jù)。

　　使用時需要注意，MS5536C壓力傳感器采用的是SPI接口，但沒有片選信號。在發(fā)送信號時以3為高電平起始。在MCU發(fā)送信號時，使用時鐘上升沿；在MCU接收數(shù)據(jù)時，采用時鐘下降沿。關(guān)于上升沿和下降沿轉(zhuǎn)換這一點需特別注意，否則讀取的數(shù)據(jù)不正確。

源碼已發(fā)布：https://github.com/foxclever/ExPeriphDriver