STM32与多台MS5803压力传感器I2C通讯

news/2024/12/2 22:52:08/

MS5803压力传感器支持SPI和I2C总线通讯，拥有24位AD转换。能够同时获得压力值和温度值，其中压力测量范围为10-1100mbar，温度的测量范围是-40-85摄氏度。各引脚功能及参数如下：

传感器内部结构图如下：

通讯协议的选择通过PS引脚来设置：

PS引脚电位

通讯模式

使用的引脚

高电平

I2C

SDA, SCL, CSB

低电平

SPI

SDI, SDO, SCLK, CSB

在SPI模式下，SCLK作为外部输入时钟，SDI作为串行数据输入，支持Mode0和Mode3的时钟极性和相位。传感器的响应数据输出为SDO引脚，片选信号为CSB引脚。接线示意图如下：

在I2C模式下，SCLK为外部串行时钟输入，SDA位串行数据通讯。CSB引脚作为地只选择，可以链接到VDD或者GND，这也意味着MS5803可以在一条I2C总线接两个设备。在CSP接高电平时，地址为0x76(1110110 b)，而CSB接低电平时，地址为0x77 (1110111 b)这个地址是高七位，最后以为有读写命令来决定。实现写命令时，最后一位为0，实现读命令时，最后一位为1。

MS5803拥有5个基本命令：复位、读取出厂校准值、数据1转换（压力值数据）、数据2转换（温度值数据）和读取ADC的转换结果。具体分配如下：

因为MS5803的地址位仅有1位是可以设定的，所以一条I2C总线最多只能挂2个MS5803模块。为了让程序具有较好的可移植性，我们在便写程序时不使用对硬件的直接操作，而采用函数指针来操作，所以我们定义了：

/*向MS5803下发指令，指令格式均为1个字节*/

typedef void (*WriteCommandToMS5803Type)(uint8_t deviceAddress,uint8_t command);

/*从MS5803读取多个字节数据的值*/

typedef void (*ReadBytesFromMS5803Type)(uint8_t deviceAddress,uint8_t *pData,uint16_t bytesNum);

以上两个函数指针来实现针对硬件的读写操作。接下来我们开始编写代码。

（1）复位操作

复位操作的数据流如下图所示，只需要发送一条命令就可完成：

/*复位MS5803操作*/

void ResetForMS5803(uint8_t deviceAddress,WriteCommandToMS5803Type WriteCommandToMS5803)

{

  uint8_t command=COMMAND_RESET;

  /*下发复位命令*/

  WriteCommandToMS5803(deviceAddress,command);

}

（2）读取校准值

校准值是出厂时厂家校准的各种系数，每台设备都有差异，是固定不变的，只需要一次读取就可以了，共有6个系数，均为16为整数。首先发送读系数的命令，然后读取就可以了，每次读取1个，分6次读取。过程数据流如下图所示：

/*从MS5803的PROM中读取校准数据*/

void GetCalibrationData(uint8_t deviceAddress,uint16_t *caliPara,WriteCommandToMS5803Type WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803Type ReadBytesFromMS5803)

{

  /*C1压力灵敏度*/

  caliPara[0]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C1,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  /*C2压力补偿值*/

  caliPara[1]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C2,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  /*C3压力灵敏度温度系数*/

  caliPara[2]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C3,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  /*C4压力补偿温度系数*/

  caliPara[3]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C4,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  /*C5参考温度*/

  caliPara[4]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C5,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  /*C6温度传感器温度系数*/

  caliPara[5]=ReadPromFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_PROM_READ_C6,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

}

（3）读取转换值

读取转换结果值是我们的目的，可以读取温度和压力两个量，不过一次只能读一个。首先发送命令设定采集压力还是温度，并设定精度。然后发送读取的命令，最后读取对应的值。再使用校准系数计算出最终的物理值。

/*获取转换值，包括温度和压力*/

void GetConversionValue(uint8_t deviceAddress,float *pPres,float *pTemp,uint16_t *caliPara,uint16_t *semaphore,WriteCommandToMS5803Type WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803Type ReadBytesFromMS5803)

{

  uint16_t senst1;        //C1压力灵敏度

  uint16_t offt1;         //C2压力补偿值

  uint16_t tcs;           //C3压力灵敏度温度系数

  uint16_t tco;           //C4压力补偿温度系数

  uint16_t tref;          //C5参考温度

  uint16_t tempsens;      //C6温度传感器温度系数

  

  /*从MS5803的PROM中读取校准数据*/

  if(*semaphore>0)

  {

    GetCalibrationData(deviceAddress,caliPara,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

    *semaphore=*semaphore-1;

  }

  senst1=caliPara[0];

  offt1=caliPara[1];

  tcs=caliPara[2];

  tco=caliPara[3];

  tref=caliPara[4];

  tempsens=caliPara[5];

  

  uint32_t digitalPressureValue;

  uint32_t digitalTemperatureValue;

 

  /*读取压力数据*/

  digitalPressureValue=ReadConversionFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_CONVERTD1OSR4096,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  

  Delayms(20);

  

  /*读取温度数据*/

  digitalTemperatureValue=ReadConversionFromMS5803(deviceAddress,COMMAND_CONVERTD2OSR4096,WriteCommandToMS5803,ReadBytesFromMS5803);

  

  /*对温度进行一阶修正*/

  int32_t dT;

  int32_t temp;

  dT=digitalTemperatureValue-tref*256;

  temp=(int32_t)(2000+dT*tempsens/pow(2,23));

  

  /*对压力进行一阶修正*/

  int64_t off;

  int64_t sens;

  int32_t pres;

  off=(int64_t)(offt1*pow(2,17)+(tco*dT)/pow(2,6));

  sens=(int64_t)(senst1*pow(2,16)+(tcs*dT)/pow(2,7));

  pres=(int32_t)((digitalPressureValue*sens/pow(2,21)-off)/pow(2,15));

  

  /*对温度和压力进行二阶修正*/

  int64_t ti=0;

  int64_t offi=0;

  int64_t sensi=0;

  int64_t off2=0;

  int64_t sens2=0;  

  

  if(temp<2000)

  {

    ti=(int64_t)(11*dT*dT/pow(2,35));

    offi=(int64_t)(31*(temp-2000)*(temp-2000)/pow(2,3));

    sensi=(int64_t)(63*(temp-2000)*(temp-2000)/pow(2,5));

    

    off2=off-offi;

    sens2=sens-sensi;

    

    temp=temp-(int32_t)ti;

    pres=(int32_t)((digitalPressureValue*sens2/pow(2,21)-off2)/pow(2,15));

  }

 

  if((-4000<=temp)&&(temp<=8500))

  {

    *pTemp=(float)temp/100.0;

  }

  if((1000<=pres)&&(pres<=190000))

  {

    *pPres=(float)pres/100.0;

  }

}

最终在STM32的I2C接口实现通讯时，实现2个WriteCommandToMS5803Type(uint8_t deviceAddress,uint8_t command);和ReadBytesFromMS5803Type(uint8_t deviceAddress,uint8_t *pData,uint16_t bytesNum);函数并调用就可以了，换做其他的平台也只需要重写这两个函数就能实现通讯了。

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