هدف ما از انجام این پروژه چیست؟
در این پروژه قصد داریم با استفاده از ماژولGB640EN، سنسور فشار بارومتریک MS5611 را به کمک میکروکنترلر STM32F از طریق پروتکل SPI راه اندازی کنیم. چون احتمالا ماژول GB640EN را نمیشناسید، جا دارد بگوییم GB640EN ماژولی شامل سنسور MS5611 و سایر اجزای لازم بوده که به منظور استفاده راحتتر شما توسط تیم GebraBit در قالب یک کیت واحد طراحی و تولید شده است.
در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟
شما در این بخش ضمن راه اندازی و استفاده از سنسور MS5611 ، به طور خلاصه با تمامی رجیسترهای سنسور MS5611، نحوه تنظیم بخش های مختلف میکروکنترلر STM32 برای راه اندازی این سنسور با استفاده از پروتکل SPI، چگونگی استفاده از فایل کتابخانه و درایور مختص ماژول GB640EN، نحوه فراخوانی توابع و در نهایت دریافت داده های سنسور در کامپایلر Keil نیز آشنا خواهید شد.
برای انجام این پروژه به چه چیزهایی نیاز داریم؟
همانطور که احتمالا میدانید برای انجام این پروژه به سخت افزارها و نرم افزارهایی نیاز داریم. عناوین این سخت افزارها و نرم افزارها در جدول زیر در اختیارتان قرار داده شده که میتوانید با کلیک روی هرکدام از آنها، آنها را تهیه/دانلود کنید و برای شروع آماده شوید. ^-^
سخت افزارهای مورد نیاز
|
نرم افزارهای مورد نیاز
|
---|---|
Keil compiler
|
|
STM32CubeMX program
|
|
ST-LINK/V2 programmer
|
ابتدا پروتکل ارتباطی SPI را با استفاده از جامپر های روی برد انتخاب کرده و سپس مانند تصویر زیر ماژول GebraBit MS5611 را به صورت Pin To Pin بر روی ماژول GebraBit STM32F303 قرار می دهیم:
توجه : تصویر بالا صرفا برای نمایش نحوه قرار گیری ماژول GebraBit MS5611 بر روی ماژول GebraBit STM32F303 می باشد . لذا برای استفاده از پروتکل ارتباطی SPI کاربر باید نسبت به انتخاب صحیح وضعیت جامپر های روی برد اقدام کند.
در نهایت مقادیر دما و فشار و ارتفاع تقریبی را به صورت Real Time در پنجره Watch1 کامپایلر Keil در حالت Debug Session مشاهده خواهیم کرد.
تنظیمات STM32CubeMX
در ادامه تنظیمات مربوط به هریک از بخش های SPI , RCC , Debug , Clock را در میکروکنترلر STM32F303 برای راه اندازی ماژول GebraBit MS5611 را مرور می کنیم.
تنظیمات RCC
با توجه به وجود کریستال 8Mhz در ماژول GebraBit STM32F303 ، کلاک خارجی را در بخش RCC انتخاب می کنیم:
تنظیمات Debug&Programming
با توجه به دسترسی به پین های SWCLK و SWDIO در ماژول GebraBit STM32F303 ، برای کاهش تعداد پین هنگام Debug&Programming در بلوک SYS گزینه Serial Wire را در بخش Debug انتخاب می کنیم:
تنظیمات SPI
برای ارتباط از طریق SPI با ماژول GebraBit STM32F303 حالت Full Duplex Master را انتخاب کرده و پین های PB3 و PB4 و PB5 را به عنوان SCK و MISO و MOSI و پین PC13 را CS انتخاب می کنیم :
با توجه به دیتاشیت سنسور ، تنظیمات پارامتر های SPI در بخش Parameter Settings همانند تصویر بالا مقدار دهی خواهد شد.
تنظیمات Clock
تنظیمات کلاک مربوط به هریک از بخش های میکروکنترلر STM32F303 در این کد به شرح ذیل می باشد:
تنظیمات Project Manager
تنظیمات Project Manager به صورت زیر بوده که در اینجا ما از کامپایلر MDK-ARM ورژن 5.32 استفاده کرده ایم:
بعد از اتمام تمام تنظیمات فوق ، بر روی GENERATE CODE کلیک کرده و با اضافه کردن کتابخانه و درایور(تهیه شده توسط GebraBit) MS5611 ، کد خود را به راحتی توسعه می دهیم.فایل STM32CubeMX , کتابخانه و درایور و پروژه KEIL را می توانید از انتهای این آموزش دانلود کنید.
کتابخانه و درایور MS5611
GebraBit علاوه بر طراحی ماژولار سنسورها و آی سی های مختلف ، پیشرو در ارائه انواع کتابخانه های ساختاریافته و مستقل از سخت افزار به زبان C، جهت سهولت کاربران در راه اندازی و توسعه نرم افزاری آنها نیز بوده است.
بدین منظور پس از تهیه هر یک از ماژول های GebraBit ، کاربر می تواند با مراجعه به بخش آموزش ماژول مربوطه، کتابخانه مختص به آن ماژول که حاوی فایل .h و .c (Header and Source) و یک برنامه نمونه آموزشی تحت سخت افزار های GebraBit STM32F303, GebraBit ATMEGA32A یا Arduino می باشد را دانلود کند.
تمامی توابع و Structure های تعریف شده در کتابخانه ، با جزئیات کامل، کامنت گذاری شده و تمامی پارامتر های دریافتی در آرگومان توابع و مقادیر بازگشتی از آنها ، به اختصار توضیح داده شده است.با توجه به مستقل از سخت افزار بودن کتابخانه ها،کاربر به راحتی می تواند آن را در هر یک از کامپایلر های دلخواه اضافه کرده و با میکروکنترلر و برد توسعه مورد علاقه خود، آن را توسعه دهد.
فایل هدر GebraBit_MS5611.h
در این فایل بر اساس دیتاشیت سنسور یا ای سی ، تمامی آدرس رجیسترها، مقادیر هریک از رجیسترها به صورت Enumeration تعریف شده است.همچنین بدنه سنسور MS5611 و کانفیگ های مربوط به هریک از بلوک های داخلی سنسور MS5611 به صورت STRUCT با نام GebraBit_MS5611 نیز تعریف شده است.که نهایتا در محیط Debug Session تمامی کانفیگ های مربوط به هر بلوک به صورت Real Time قابل مشاهده است.
USER REGISTER MAP
نقشه رجیستری یا Command های سنسور در این بخش تعریف شده است :
1. #define MS5611_RESET (0x1E)
2. #define MS5611_PRESSURE_SAMPLING_START (0x40)
3. #define MS5611_TEMPERATURE_SAMPLING_START (0x50)
4. #define MS5611_ADC_READ (0x00)
5. #define MS5611_PROM_READ (0xA0)
Enum MS5611_Output_Sample_Rate
برای انتخاب OSR سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
1. typedef enum Output_Sample_Rate
2. {
3. OSR_256 = 0x00 ,
4. OSR_512 = 0x02 ,
5. OSR_1024 = 0x04 ,
6. OSR_2048 = 0x06 ,
7. OSR_4096 = 0x08
8. } MS5611_Output_Sample_Rate;
struct MS5611
تمام ویژگی های سنسور، ضرایب کالیبراسیون و داده های سنسور در این Struct تعریف شده است و تمامی اطلاعات و کانفیگ اجرا شده بر روی سنسور در این Structure ذخیره شده و می توان تغییرات در هر بخش از سنسور را در محیط Debug Session مشاهده نمود.
1. typedef struct MS5611
2. {
3. uint8_t Register_Cache1;
4. MS5611_Output_Sample_Rate PRESSURE_SAMPLE_RATE;
5. MS5611_Output_Sample_Rate TEMPERATURE_SAMPLE_RATE;
6. uint8_t PROM_DATA[PROM_DATA_BUFFER_SIZE];
7. uint16_t FACTORY_DATA;
8. uint16_t C1;
9. uint16_t C2;
10. uint16_t C3;
11. uint16_t C4;
12. uint16_t C5;
13. uint16_t C6;
14. uint16_t CRC_SERIAL_CODE;
15. uint8_t ADC_DATA[ADC_DATA_BUFFER_SIZE];
16. uint32_t ADC_RAW_PRESSURE;
17. uint32_t ADC_RAW_TEMPERATURE;
18. int32_t DT;
19. int64_t T2;
20. int64_t OFF2;
21. int64_t SENS2;
22. int64_t OFF;
23. int64_t SENS;
24. float TEMPERATURE;
25. float PRESSURE;
26. double ALTITUDE;
27. }GebraBit_MS5611;
اعلان توابع
در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های MS5611 ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:
1. /********************************************************
2. *Declare Read&Write MS5611 Register Values Functions *
3. ********************************************************/
4. extern uint8_t GB_MS5611_Burst_Read(uint8_t regAddr,uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
5. extern uint8_t GB_MS5611_Write_Reg_Data(uint8_t regAddr);
6. /********************************************************
7. * Declare MS5611 Configuration Functions *
8. ********************************************************/
9. extern void GB_MS5611_Soft_Reset ( GebraBit_MS5611 * MS5611 );
10. extern void GB_MS5611_Read_PROM ( GebraBit_MS5611 * MS5611 );
11. extern void GB_MS5611_Pressure_Sample_Rate(GebraBit_MS5611 * MS5611 , MS5611_Output_Sample_Rate rate);
12. extern void GB_MS5611_Temperature_Sample_Rate(GebraBit_MS5611 * MS5611 , MS5611_Output_Sample_Rate rate);
13. extern void GB_MS5611_Start_Pressure_Sampling(GebraBit_MS5611 * MS5611);
14. extern void GB_MS5611_Start_Temperature_Sampling(GebraBit_MS5611 * MS5611);
15. extern void GB_MS5611_Read_ADC ( GebraBit_MS5611 * MS5611 ) ;
16. extern void GB_MS5611_Read_ADC_Raw_Pressure(GebraBit_MS5611* MS5611);
17. extern void GB_MS5611_Read_ADC_Raw_Temperature(GebraBit_MS5611* MS5611);
18. extern void GB_MS5611_initialize( GebraBit_MS5611 * MS5611 );
19. extern void GB_MS5611_Calculate_Temperature(GebraBit_MS5611* MS5611);
20. extern void GB_MS5611_Calculate_Temperature_Compensated_Pressure(GebraBit_MS5611* MS5611);
21. extern void GB_MS5611_Altitude(GebraBit_MS5611 * MS5611);
فایل سورس GebraBit_MS5611.c
در این فایل که به زبان C نوشته شده ، تمامی توابع با جزئیات کامل، کامنت گذاری شده و تمامی پارامتر های دریافتی در آرگومان توابع و مقادیر بازگشتی از آنها ، بطور واضح توضیح داده شده است.از این رو در این قسمت به همین توضیحات اکتفا کرده و کاربران را برای اطلاعات بیشتر به بررسی مستقیم از این فایل دعوت می کنیم.
برنامه نمونه در Keil
بعد از تولید پروژه Keil با استفاده از STM32CubeMX و اضافه کردن کتابخانه GebraBit_MS5611.c ارائه شده توسط GebraBit ، به بررسی قسمت اصلی برنامه آموزشی نمونه، فایل main.c و مشاهده خروجی ماژول GebraBit MS5611 در قسمت watch در محیط Debugging برنامه Keil می پردازیم.
شرح فایل main.c
اگر به ابتدای فایل main.c دقت کنید،متوجه می شوید که هدر GebraBit_MS5611.h برای دسترسی به ساختار ها ، Enum ها و توابع مورد نیاز ماژول GebraBit MS5611 ، اضافه شده است.در قسمت بعدی متغیری به نام MS5611_Module از نوع ساختار GebraBit_MS5611 (این ساختار در هدر GebraBit_MS5611 بوده و در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit_MS5611توضیح داده شد) که برای پیکربندی ماژول GebraBit MS5611 می باشد،تعریف شده است:
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
GebraBit_MS5611 MS5611_Module;
/* USER CODE END PTD */
در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_MS5611_initialize(&MS5611_Module) ، ماژول GebraBit MS5611 را مقدار دهی می کنیم و در نهایت در قسمت while برنامه ،داده را از سنسور خوانده و مقادیر فشار و دما و ارتفاع به طور پیوسته دریافت میشود:
1. while (1)
2. {
3. /* USER CODE END WHILE */
4. /* USER CODE BEGIN 3 */
5. GB_MS5611_Calculate_Temperature(&MS5611_Module);
6. GB_MS5611_Calculate_Temperature_Compensated_Pressure(&MS5611_Module);
7. GB_MS5611_Altitude(&MS5611_Module);
8. }
9. /* USER CODE END 3 */
10. }
11.
متن کد فایل main.c:
/* USER CODE BEGIN Header */
/*
* ________________________________________________________________________________________________________
* Copyright (c) 2020 GebraBit Inc. All rights reserved.
*
* This software, related documentation and any modifications thereto (collectively “Software”) is subject
* to GebraBit and its licensors' intellectual property rights under U.S. and international copyright
* and other intellectual property rights laws.
*
* GebraBit and its licensors retain all intellectual property and proprietary rights in and to the Software
* and any use, reproduction, disclosure or distribution of the Software without an express license agreement
* from GebraBit is strictly prohibited.
* THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT
* NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NON-INFRINGEMENT IN
* NO EVENT SHALL GebraBit BE LIABLE FOR ANY DIRECT, SPECIAL, INDIRECT, INCIDENTAL, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES,
* OR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT,
* NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE
* OF THE SOFTWARE.
* ________________________________________________________________________________________________________
*/
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
* All rights reserved.
*
* This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
* in the root directory of this software component.
* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "i2c.h"
#include "spi.h"
#include "gpio.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "GebraBit_MS5611.h"
/* USER CODE END Includes */
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
GebraBit_MS5611 MS5611_Module;
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PV */
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_I2C1_Init();
MX_SPI1_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
GB_MS5611_initialize(&MS5611_Module);
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
GB_MS5611_Calculate_Temperature(&MS5611_Module);
GB_MS5611_Calculate_Temperature_Compensated_Pressure(&MS5611_Module);
GB_MS5611_Altitude(&MS5611_Module);
}
/* USER CODE END 3 */
}
/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};
/** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
* in the RCC_OscInitTypeDef structure.
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2C1;
PeriphClkInit.I2c1ClockSelection = RCC_I2C1CLKSOURCE_SYSCLK;
if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
/* USER CODE END 4 */
/**
* @brief This function is executed in case of error occurrence.
* @retval None
*/
void Error_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
__disable_irq();
while (1)
{
}
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
خروجی برنامه
بعد از تولید پروژه Keil با استفاده از STM32CubeMX و اضافه کردن کتابخانه ، ح پروگرامر STLINK V2 را با استفاده از آداپتور تبدیل STLINKV2 به GebraBit STM32F303 متصل می کنیم:
آداپتور تبدیل :STLINKV2
با اتصال پروگرامر STLINK V2 به GebraBit STM32F303 دیگر نیازی به اعمال تغذیه به ماژول های GebraBit STM32F303 و GebraBit MS5611 نمی باشد، زیرا ولتاژ کاری خود را مستقیما از پروگرامر STLINK V2 دریافت میکنند.
در نهایت وارد حالت Debug شده و با اضافه کردن MS5611_Module به پنجره watch و اجرای برنامه ، تغییرات مقادیر دما و فشار ماژول و ارتفاع GebraBit MS5611 را مشاهده می کنیم:
در ادامه می توانید پروژه راه اندازی ماژول GebraBit MS5611 را با استفاده از ماژول GebraBit STM32F303 در محیط Keil و فایل STM32CubeMX ، شماتیک ماژول ها و دیتاشیت MS5611 را دانلود کنید.