在我們的產(chǎn)品中經(jīng)常有需要溫度檢測(cè)的地方，而熱電偶溫度檢測(cè)電路是我們常用的。熱電偶溫度檢測(cè)的方法很多，有時(shí)出于簡(jiǎn)單方便的考慮我們會(huì)選擇熱偶溫度變送器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這一篇我們就來(lái)討論使用MAX31856熱電偶溫度變送器實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)。

1、功能概述

MAX31856可以對(duì)任何類(lèi)型熱電偶的信號(hào)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和數(shù)字轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)以攝氏度為單位。轉(zhuǎn)換器溫度分辨率達(dá)0.0078125°C，允許讀取+1800°C、-210°C(取決于熱電偶類(lèi)型)的溫度讀數(shù)，熱電偶電壓測(cè)量精度達(dá)±0.15%。熱電偶輸入端提供±45V過(guò)壓保護(hù)。

MAX31856內(nèi)部的查找表(LUT)儲(chǔ)存不同類(lèi)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(cè)頻率。SPI兼容接口允許選擇熱電偶類(lèi)型并設(shè)置轉(zhuǎn)換和故障檢測(cè)過(guò)程。
熱電偶功能是檢測(cè)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(nèi)測(cè)量其檢測(cè)端(常稱(chēng)為“熱”端)，關(guān)于熱電偶測(cè)溫范圍：

MAX31856將冷端溫度數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在寄存器0Ah和0Bh。使能冷端溫度檢測(cè)時(shí)，這些寄存器為只讀，其中包含實(shí)測(cè)冷端溫度加冷端失調(diào)寄存器的數(shù)值。冷端溫度檢測(cè)使能時(shí)，讀取寄存器操作將DRDY引腳復(fù)位為高電平。應(yīng)通過(guò)多字節(jié)傳輸讀取該寄存器的兩個(gè)字節(jié)，以確保兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)來(lái)自同一次溫度更新。禁止冷端溫度檢測(cè)時(shí)，這些寄存器為可讀/寫(xiě)寄存器，其中包含的實(shí)測(cè)溫度值。如果需要，禁止內(nèi)部冷端檢測(cè)時(shí)，可將來(lái)自外部溫度傳感器的數(shù)據(jù)寫(xiě)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(duì)冷端補(bǔ)償后的原始值進(jìn)行線性修正，并轉(zhuǎn)換為溫度值。為實(shí)現(xiàn)這一處理，利用LUT產(chǎn)生經(jīng)過(guò)線性化和冷端補(bǔ)償?shù)臏囟戎?；每次轉(zhuǎn)換后，將其作為19位數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在線性化熱電偶溫度寄存器(0Ch、0Dh和0Eh)中。應(yīng)通過(guò)多字節(jié)傳輸讀取全部三個(gè)字節(jié)，以確保所有數(shù)據(jù)來(lái)自于同一次數(shù)據(jù)更新。關(guān)于線性化熱電偶溫度數(shù)據(jù)格式，

與MAX31856的通信通過(guò)16個(gè)包含轉(zhuǎn)換、狀態(tài)和配置數(shù)據(jù)的8位寄存器實(shí)現(xiàn)，全部設(shè)置均通過(guò)選擇相應(yīng)寄存器單元的對(duì)應(yīng)地址完成，寄存器存儲(chǔ)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(shí)，使用地址0Xh為讀操作，地址8Xh為寫(xiě)操作。讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，寄存器MSB在前。如果對(duì)只讀寄存器執(zhí)行寫(xiě)操作，不改變?cè)摷拇嫫鞯闹怠?/p>

2、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

我們了解了MAX31856熱偶溫度變送器的基本情況，接下來(lái)我們考慮如何實(shí)現(xiàn)MAX31856熱偶溫度變送器的驅(qū)動(dòng)程序。

2.1、對(duì)象定義

我們依然是基于對(duì)象的概念來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。 所以我們首先來(lái)考慮對(duì)象類(lèi)型的定義。
作為一個(gè)對(duì)象至少包含有屬性和操作。 我們先來(lái)分析一下MAX31856熱偶溫度變送器對(duì)象的屬性有哪些。 MAX31856熱偶溫度變送器擁有16個(gè)寄存器，這些寄存器標(biāo)識(shí)了MAX31856熱偶溫度變送器當(dāng)前時(shí)刻所處的狀態(tài)，所以我們將它們定義為屬性。 同時(shí)考慮到記錄當(dāng)前時(shí)刻讀取的溫度轉(zhuǎn)換值和根據(jù)物理量程轉(zhuǎn)換的溫度值，所以我們將目標(biāo)溫度及冷端溫度的ADC轉(zhuǎn)換值及物理量值作為MAX31856熱偶溫度變送器對(duì)象的屬性。
接下來(lái)我們考慮一下MAX31856熱偶溫度變送器對(duì)象需要實(shí)現(xiàn)哪些操作。 我們只考慮與具體平臺(tái)依賴性較強(qiáng)的操作。 對(duì)于MAX31856熱偶溫度變送器對(duì)象，當(dāng)其完成AD轉(zhuǎn)換回給出一個(gè)就緒指示，我們需要實(shí)時(shí)的檢測(cè)這個(gè)信號(hào)，并且這個(gè)過(guò)程依賴于具體的軟硬件平臺(tái)，所以我們將檢測(cè)過(guò)程設(shè)計(jì)為對(duì)象的操作。 我們使用MAX31856熱偶溫度變送器需要對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)，這一過(guò)程也同樣依賴于具體的軟硬件平臺(tái)，所以我們也將其作為對(duì)象的操作。 另外MAX31856用一個(gè)片選信號(hào)，在實(shí)現(xiàn)總線操作時(shí)我們需要以此來(lái)選擇目標(biāo)器件，所以我們也將其作為對(duì)象的操作。 根據(jù)前述對(duì)屬性和操作的分析，我們可以定義對(duì)象類(lèi)型如下：

復(fù)制/*定義MAX31856對(duì)象類(lèi)型*/typedef struct Max31856Object {    uint8_t regValue[16];    uint32_t mDataCode;    uint32_t rDataCode;    float mTemperature;     //TC測(cè)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(hào)}Max31856ObjectType;

我們已經(jīng)定義了對(duì)象類(lèi)型，使用對(duì)象類(lèi)型l可以聲明類(lèi)型變量，但類(lèi)型變量必須要初始化才能使用，所以我們還需要設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)象的初始化函數(shù)。 在這個(gè)初始化函數(shù)中，我們需要將對(duì)象變量以及具體應(yīng)用相關(guān)的屬性及操作作為參數(shù)傳入，并對(duì)對(duì)象的各個(gè)屬性及操作函數(shù)指針賦初值。 具體實(shí)現(xiàn)如下；

復(fù)制/*初始化MAX31855對(duì)象*/void Max31856Initialization(Max31856ObjectType *tc,         //MAX31856對(duì)象變量                            Max31856Ready ready,            //就緒信號(hào)                            Max31856ReadDataType read,      //讀MAX31856函數(shù)指針                            Max31856WriteDataType write,    //寫(xiě)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];    }}

2.2、對(duì)象操作

我們定義了對(duì)象類(lèi)型并實(shí)現(xiàn)了初始化函數(shù)，接下來(lái)我們需要考慮要對(duì)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(shè)置相應(yīng)的寄存器以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，同時(shí)也需要獲取寄存器的值以得到設(shè)備狀態(tài)，或者從MAX31856熱偶溫度變送器獲取測(cè)量數(shù)據(jù)。
我們先來(lái)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(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，前面我們已經(jīng)敘述過(guò)寄存器的地址及功能，而讀寄存器的時(shí)序要求如下：

根據(jù)前面的描述及上述時(shí)序圖的要求可以編寫(xiě)讀寄存器的函數(shù)如下：

復(fù)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(xiě)寄存器時(shí)，我們根據(jù)前述寄存器的相關(guān)描述和寫(xiě)寄存器的時(shí)序圖來(lái)實(shí)現(xiàn)。 寫(xiě)寄存器的時(shí)序圖如下：

根據(jù)上述描述我們可以實(shí)現(xiàn)寫(xiě)寄存器值的函數(shù)如下：

復(fù)制/*寫(xiě)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(cè)量數(shù)據(jù)，所以我們來(lái)看看如何讀取溫度數(shù)據(jù)。 溫度轉(zhuǎn)換值可以一次讀取測(cè)量數(shù)據(jù)和冷端數(shù)據(jù)，其時(shí)序圖如下：

根據(jù)上述描述我們一次性讀取6個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，具體實(shí)現(xiàn)如下：

復(fù)制/*獲取MAX31855測(cè)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);}

3、驅(qū)動(dòng)的使用

我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了MAX31856熱偶溫度變送器的驅(qū)動(dòng)程序，這一節(jié)我們來(lái)使用該驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用，以驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)程序的正確性。

3.1、聲明并初始化對(duì)象

首先我們需要使用前面定義的MAC31856熱偶溫度變送器對(duì)象類(lèi)型聲明一個(gè)對(duì)象變量。 在我們的系統(tǒng)中，總線上掛載了4個(gè)MAX31856，所以我們聲明如下：

復(fù)制Max31856ObjectType tcObj[4];

聲明的對(duì)象變量需要先初始化方可使用，而初始化函數(shù)有5個(gè)參數(shù)。 個(gè)參數(shù)是需要要初始化的對(duì)象變量的指針，而余下的4個(gè)參數(shù)則是平臺(tái)相關(guān)的操作函數(shù)指針。 這些函數(shù)的原型定義如下：

復(fù)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(hào)

這幾個(gè)函數(shù)則是我們需要根據(jù)具體的軟硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 由于是在同一總線上，所以讀寫(xiě)函數(shù)只需統(tǒng)一定義就好，但偏選信號(hào)和就緒信號(hào)則需根據(jù)模塊單獨(dú)定義。 具體的函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

復(fù)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(xiě)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(duì)象變量了！ 將對(duì)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(shí)現(xiàn)如下：

復(fù)制/*初始化MAX31856對(duì)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(duì)象變量的聲明及初始化，在后續(xù)操作中就可以使用對(duì)象變量對(duì)對(duì)應(yīng)的MAX32856熱偶溫度變送器進(jìn)行各種操作。

3.2、基于對(duì)象進(jìn)行操作

現(xiàn)在我們就可以在應(yīng)用中使用驅(qū)動(dòng)程序完成我們想要對(duì)MAX31856進(jìn)行的操作了！在這個(gè)例子中我們分別讀取4個(gè)MAX31856對(duì)象去測(cè)量值，并對(duì)這個(gè)測(cè)量值進(jìn)行濾波處理。

復(fù)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(gè)測(cè)試程序的編寫(xiě)，運(yùn)行后能夠正確讀取溫度數(shù)據(jù)，說(shuō)明我們?cè)O(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序是正確的。

4、應(yīng)用總結(jié)

在這一篇中我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了MAX31856熱偶溫度變送器的驅(qū)動(dòng)程序，也編寫(xiě)了測(cè)試應(yīng)用來(lái)驗(yàn)證這一驅(qū)動(dòng)程序，測(cè)試的結(jié)果符合我們的預(yù)期。事實(shí)上，這一測(cè)試應(yīng)用是從我們的實(shí)際項(xiàng)目中提取出來(lái)的，我們?cè)O(shè)計(jì)的MAX31856熱偶溫度變送器驅(qū)動(dòng)程序在實(shí)際項(xiàng)目中運(yùn)行也符合要求。
在使用驅(qū)動(dòng)程序時(shí)需要注意，在我們的應(yīng)用中是一條SPI總線掛載了4個(gè)MAX31856模塊，所以需要偏選信號(hào)。如果在應(yīng)用中MAX31856是硬件設(shè)定的偏選信號(hào)，則可以在初始化時(shí)使用NULL或者空函數(shù)替代。