一、MAX31865 溫濕度傳感器

• MAX31865 是 RTD 數(shù)字轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置 15 位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、輸入保護、數(shù)字控制器、SPI 兼容接口以及相關(guān)的控制邏輯電路。
  信號調(diào)理電路優(yōu)化用于 PT100-PT1000 RTD，也支持其它熱敏電阻。
• 電阻溫度檢測器（RTD）是一種阻值隨溫度變化的電阻。
  鉑是最常見、精度最高的測溫金屬絲材料。鉑 RTD 稱為 PT-RTD。
• 對于 PT-RTD，最常見的電阻是：0°C 下標稱值為 100Ω 和 1kΩ，當然也有其它阻值。0°C 和+100°C 之間的平均斜率稱為阿爾法（α），斜率與鉑的雜質(zhì)及密度有關(guān)。
  最常見的兩個 α 值是：0.00385 和 0.00392，分別對應(yīng)于 IEC 751 (PT100) 和 SAMA 標準。

1、MAX31865 相關(guān)寄存器

• MAX31865 通過 8 個 8 位寄存器實現(xiàn)轉(zhuǎn)換、狀態(tài)和配置數(shù)據(jù)功能。
• 存取寄存器時，地址 0Xh 為讀操作，地址 8Xh 為寫操作。

①、配置寄存器（00h）

• 配置寄存器選擇轉(zhuǎn)換模式（自動模式或單次轉(zhuǎn)換命令觸發(fā)模式）、使能和禁止 BIAS 引腳輸出 V_{BIAS}、發(fā)送單次轉(zhuǎn)換命令、選擇 RTD 連接方式（3 線或 2/4 線）、啟動一次故障檢測、清空故障狀態(tài)寄存器，以及選擇濾波器陷波頻率。
• D7（BIAS）位：不進行溫度轉(zhuǎn)換時，可禁止 V_{BIAS}，以降低功耗。
  1. 發(fā)送單次轉(zhuǎn)換（1-Shot）指令之前，可通過向該位寫 1 使能 V_{BIAS}。
  2. 選擇自動（連續(xù)）轉(zhuǎn)換模式時， **V_{BIAS}**保持有效狀態(tài)。
• D6（轉(zhuǎn)換模式）位：向該位寫 1 時，選擇自動轉(zhuǎn)換模式，以 50/60 Hz 速率連續(xù)轉(zhuǎn)換；向該位寫 0 時，退出自動轉(zhuǎn)換模式，進入 “常閉” 模式，該模式下可發(fā)送單次轉(zhuǎn)換命令。
• D5（1-Shot）位：轉(zhuǎn)換模式為 “常閉” 時，向該位寫 1 啟動一次電阻測試轉(zhuǎn)換。向該位寫 1 后，overline{text{CS}} 變?yōu)楦唠娖綍r觸發(fā)轉(zhuǎn)換。
  1. 在啟動轉(zhuǎn)換之前開啟 V_{BIAS}，并等待至少 10.5 倍的輸入RC網(wǎng)絡(luò)時間常數(shù)加上 1ms。
  2. 單次轉(zhuǎn)換完成時間在 60Hz 濾波模式下需要約 52ms，在 50Hz 濾波模式下需要 62.5ms。
  3. 1-Shot 為自動清零位。
• D4（3-Wire）位：使用 3 線 RTD 連接時，該位寫 1；使用 2 線或 4 線連接時，向該位寫 0。
• D3:D2（故障檢測周期）位：主控制器啟動的故障檢測周期有兩種工作模式：手動和自動模式。
  1. 如果外部 RTD 接口電路包括時間常數(shù)大于 100μs 的輸入濾波器，故障檢測周期時序應(yīng)采用手動模式控制。
  2. 為進入自動故障檢測，向配置寄存器寫 100X010Xb，此時 ADC 處于“常閉”模式。
     自動故障檢測周期在檢查故障之前插入 100μs 延遲，允許外部輸入濾波器達到穩(wěn)定。完成檢測后，故障檢測周期設(shè)置位（D[3:2]）自動清除為00b。
• D1（故障狀態(tài)清零）位：向 D5、D3 和 D2 位寫 0 的同時向該位寫 1，將使故障寄存器的全部故障狀態(tài)位（D[7:2]）清零。
  如果仍然存在過壓/欠壓故障，故障寄存器的 D2 位、RTD LSB 寄存器的 D0 位可能立即再次置位。故障狀態(tài)清除位 D1 自動清零。
• D0（50/60Hz）位：選擇噪聲抑制濾波器的陷波頻率。向該位寫 0 時，抑制 60Hz 及其諧波；向該位寫 1 時抑制 50Hz 及其諧波。
  注意： 自動轉(zhuǎn)換模式下，不要更改陷波頻率 。

②、RTD 電阻寄存器（01h?02h）

• RTD MSB 和 RTD LSB 兩個 8 位寄存器包含 RTD 電阻數(shù)據(jù)。
  1. 數(shù)據(jù)格式為 RTD 電阻與參考電阻的比值，包含 15 位有效數(shù)據(jù)。
  2. RTD LSB 寄存器的 D0 為故障位，表示是否檢測到任意 RTD 故障。
• 將 RTD 數(shù)據(jù)寄存器中 15 位 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換為 RTD 的阻值：

R_{RTD} = (ADC Code × R_{REF})/2^{15}

ADC 編碼 = RTD 數(shù)據(jù)寄存器（01h – 02h）中的 15 位 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果
R_{REF} = 基準電阻的阻值

③、故障門限寄存器（03h?06h）

• 故障上限和故障下限寄存器用于選擇 RTD 故障檢測的觸發(fā)門限。將 RTD 轉(zhuǎn)換結(jié)果與這些寄存器值進行比較，在故障狀態(tài)寄存器中置位 “Fault” (D[7:6])。
• 如果 RTD 電阻寄存器值大于或等于故障上限寄存器值，置位故障狀態(tài)寄存器的 RTD High。
• 如果 RTD 電阻值小于或等于故障下限寄存器值，則置位故障狀態(tài)寄存器的 RTD Low。

④、故障狀態(tài)寄存器（07h）

• 故障狀態(tài)寄存器鎖存所有檢測到的故障位。
• 向配置寄存器中的故障狀態(tài)清除位寫 1 時，將全部故障狀態(tài)位清零。

2、MAX31865 通過 SPI 進行通信

• MAX31865 支持 SPI 模式 1 和 3 。
• SPI 通信使用四個引腳：SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）、SDI（串行數(shù)據(jù)輸入）、CS（片選）和 SCLK（串行時鐘）。
  1. SDI 和 SDO 分別是器件的串行數(shù)據(jù)輸入和輸出引腳。
     讀操作時，從 SDO 輸出數(shù)據(jù)；寫操作時，數(shù)據(jù)輸入至 SDI。
  2. overline{text{CS}} 輸入啟動和終止數(shù)據(jù)傳輸。
  3. SCLK 同步主機（微控制器）和從機（MAX31865）之間的數(shù)據(jù)傳輸。
• 地址和數(shù)據(jù)字節(jié)移入串行數(shù)據(jù)輸入（SDI）和移出串行數(shù)據(jù)輸出（SDO）時， MSB 在前 。
• 任何傳輸都需要地址字節(jié)指定寫或讀操作，后面跟一個或多個數(shù)據(jù)字節(jié)。
  1. overline{text{CS}} 驅(qū)動為低電平后，傳輸?shù)牡谝粋€字節(jié)總為地址字節(jié)，該字節(jié)的 MSB（A7）決定隨后的字節(jié)為寫還是為讀操作。
  2. 如果 A7 為 0，地址字節(jié)后為一個或多個字節(jié)讀操作；
  3. 如果 A7 為 1，地址字節(jié)后為一個或多個字節(jié)寫操作。
• 對于單字節(jié)傳輸，讀或?qū)?1 個字節(jié)，然后 overline{text{CS}} 驅(qū)動為高電平。
• 對于多字節(jié)傳輸，寫入地址后，可以讀或?qū)懚鄠€字節(jié)。
  1. 只要 overline{text{CS}} 保持為低電平，地址則連續(xù)在全部存儲器內(nèi)遞增。
  2. 如果繼續(xù)移入或移出數(shù)據(jù)，地址則從 7Fh/FFh 返回至 00h/80h。
  3. 存儲器地址無效時，報告 FFh 值。
• 注意： 如果對只讀寄存器執(zhí)行寫操作，不改變該寄存器的值 。
• 注意： CPHA 位極性必須設(shè)置為 1 。

二、硬件設(shè)計

1、接線說明

2、模塊設(shè)計

• 只截取了 MAX31865 及其外圍電路，電源和隔離部分電路可以參考用戶手冊。

3、PT100/PT1000

• 默認是 4 線模式。

三、程序設(shè)計

1、讀取溫度數(shù)據(jù)的步驟

1. 配置 MAX31865 傳感器：設(shè)置 MAX31865 配置寄存器。
2. 發(fā)送讀取命令：發(fā)送讀取 RTD 電阻寄存器（01h?02h）命令。
3. 讀取數(shù)據(jù)：接收傳感器返回的 15 位有效數(shù)據(jù)。
4. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將 15 位數(shù)據(jù)通過公式轉(zhuǎn)換為實際的溫度值。
5. 數(shù)據(jù)顯示：可以通過串口或 OLED 屏幕顯示實際的溫度值。

2、max31865_hardspi.h

#ifndef __MAX31865_HARDSPI_H
#define __MAX31865_HARDSPI_H

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"


/******************************************************************************************/
/* 基準電阻的阻值 */

#define PT100_Resistance_Ref                    402.0f              /* PT100基準電阻的阻值 */
#define PT1000_Resistance_Ref                   4020.0f             /* PT1000基準電阻的阻值 */

/******************************************************************************************/


/******************************************************************************************/
/* 指令表 */

#define MAX31865_CONFIG_REG                     0x00                /* 配置寄存器(00h、80h) */

#define MAX31865_RTD_MSB_REG                    0x01                /* RTD電阻寄存器 - RTD MSBS(01h) */
#define MAX31865_RTD_LSB_REG                    0x02                /* RTD電阻寄存器 - RTD LSBS(02h) */

#define MAX31865_RTD_HIGH_MSB_THRESHOLD_REG     0x03                /* 故障門限寄存器(03h、83h) */
#define MAX31865_RTD_HIGH_LSB_THRESHOLD_REG     0x04                /* 故障門限寄存器(04h、84h) */

#define MAX31865_RTD_LOW_MSB_THRESHOLD_REG      0x03                /* 故障門限寄存器(05h、85h) */
#define MAX31865_RTD_LOW_LSB_THRESHOLD_REG      0x04                /* 故障門限寄存器(06h、86h) */

#define MAX31865_FAULT_STATUS_REG               0x07                /* 故障狀態(tài)寄存器(07h) */

/******************************************************************************************/


/******************************************************************************************/
/* 配置寄存器 */

#define MAX31865_Init_2_4_Line                  0xC1                /* 2、4線模式 */
#define MAX31865_Init_3_Line                    0xD1                /* 3線模式 */

/******************************************************************************************/


/******************************************************************************************/
/* 函數(shù)聲明 */

void MAX31865_Init_HardSPI(void);                                   /* 硬件SPI初始化MAX31865 */

uint8_t MAX31865_ReadRegister_HardSPI(uint8_t reg);                 /* 硬件SPI讀取MAX31865寄存器 */
void MAX31865_WriteRegister_HardSPI(uint8_t reg, uint8_t data);     /* 硬件SPI寫MAX31865寄存器 */

float MAX31865_Get_Temperature_HardSPI(void);                       /* 獲取溫度值 */
uint8_t MAX31865_Set_Configuration(uint8_t data);                   /* 設(shè)置配置寄存器 */
uint8_t MAX31865_Read_Fault_Status(void);                           /* 讀取故障狀態(tài)寄存器 */

/******************************************************************************************/


#endif  /* __MAX31865_HARDSPI_H */

3、max31865_hardspi.c

#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"

#include "./BSP/SPI/hardspi.h"
#include "./BSP/MAX31865/max31865_hardspi.h"


/**
 * @brief       硬件SPI初始化MAX31865
 * @param       無
 * @retval      無
 */
void MAX31865_Init_HardSPI(void)
{
    HardSPI1_CS1_Init();                                    /* 初始化CS1引腳 */
    HSPI1_CS1(1);
    
    HardSPI1_Init();                                        /* 初始化硬件SPI：SCK、MISO、MOSI */
    
    HSPI1_Set_Speed(SPI_SPEED_32);                          /* 設(shè)置SPI1速度 */
    
    MAX31865_Set_Configuration(MAX31865_Init_2_4_Line);     /* 設(shè)置配置寄存器 */
}

/**
 * @brief       硬件SPI讀取MAX31865寄存器
 * @param       reg：寄存器
 * @retval      data：讀取到的寄存器的值
 */
uint8_t MAX31865_ReadRegister_HardSPI(uint8_t reg)
{
    uint8_t data = 0;
    
    HSPI1_CS1(0);
    
    HSPI1_Read_Write_Byte(reg & 0x7F);
    data = HSPI1_Read_Write_Byte(0xFF);
    
    HSPI1_CS1(1);
    
    return data;
}

/**
 * @brief       硬件SPI寫MAX31865寄存器
 * @param       reg：寄存器
 * @param       data：寫寄存器的值
 * @retval      無
 */
void MAX31865_WriteRegister_HardSPI(uint8_t reg, uint8_t data)
{
    HSPI1_CS1(0);
    
    HSPI1_Read_Write_Byte(reg | 0x80);
    HSPI1_Read_Write_Byte(data);
    
    HSPI1_CS1(1);
}


/**
 * @brief       獲取溫度值
 * @param       無
 * @retval      temperature：溫度值
 */
float MAX31865_Get_Temperature_HardSPI(void)
{
    uint16_t adc_code[2];
    uint16_t data_adc_code;

    float resistance;
    float temperature;

    /* RTD LSB寄存器的D0為故障位，表示是否檢測到任意RTD故障。 */
    adc_code[0] = MAX31865_ReadRegister_HardSPI(MAX31865_RTD_MSB_REG);      /* 讀取RTD MSBS(01h)寄存器 */
    printf("RTD_MSB：%xrn", adc_code[0]);
    adc_code[1] = MAX31865_ReadRegister_HardSPI(MAX31865_RTD_LSB_REG);      /* 讀取RTD LSBS(02h)寄存器 */
    printf("RTD_LSB：%xrn", adc_code[1]);
    
    data_adc_code = (adc_code[0] < < 7) | (adc_code[1] > > 1);                /* 獲取15位有效數(shù)據(jù) */
    printf("ADC_Code：%xrn", data_adc_code);
    
    resistance = ((float)data_adc_code * PT100_Resistance_Ref) / 32768.0f;  /* 計算RTD的電阻值：Rrtd = （ADC Code * Rref）/（2^15）*/
    printf("Resistance：%.2frn", resistance);
    
    temperature = (resistance - 100.0f) / 0.385055f;                        /* 計算溫度值 */
    printf("Temperature：%.2frn", temperature);
    
    return temperature;                                                     /* 返回接收到的溫度值 */
}

/**
 * @brief       設(shè)置配置寄存器
 * @param       data：要設(shè)置配置寄存器的值
 * @retval      Cfg_data：讀取配置寄存器的值
 */
uint8_t MAX31865_Set_Configuration(uint8_t data)
{
    uint8_t Cfg_data;
    
    MAX31865_WriteRegister_HardSPI(MAX31865_CONFIG_REG, data);              /* 設(shè)置配置寄存器 */
    Cfg_data = MAX31865_ReadRegister_HardSPI(MAX31865_CONFIG_REG);          /* 讀取配置寄存器 */
    printf("MAX31865_CONFIG_REG：%xrn", Cfg_data);
    
    return Cfg_data;
}

/**
 * @brief       讀取故障狀態(tài)寄存器
 * @param       無
 * @retval      data：讀取到的故障狀態(tài)寄存器的值
 */
uint8_t MAX31865_Read_Fault_Status(void)
{
    uint8_t data;
    uint8_t config_data;
    
    data = MAX31865_ReadRegister_HardSPI(MAX31865_FAULT_STATUS_REG);                /* 讀取故障狀態(tài)寄存器 */
    printf("MAX31865_FAULT_STATUS_REG：%xrn", data);
    
    config_data = MAX31865_ReadRegister_HardSPI(MAX31865_CONFIG_REG);               /* 讀取配置寄存器 */
    MAX31865_WriteRegister_HardSPI(MAX31865_CONFIG_REG, config_data | 0x02);        /* 清除故障狀態(tài)位 */
    
    data = MAX31865_ReadRegister_HardSPI(MAX31865_FAULT_STATUS_REG);                /* 讀取故障狀態(tài)寄存器 */
    printf("MAX31865_FAULT_STATUS_REG：%xrn", data);
    
    return data;
}

4、main.c

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"

#include "configure.h"

#include "./BSP/MAX31865/max31865_hardspi.h"


int main(void)
{
    Configure_Init();

    while(1)
    {
        MAX31865_Set_Configuration(MAX31865_Init_2_4_Line);     /* 設(shè)置配置寄存器 */
        
        MAX31865_Get_Temperature_HardSPI();                     /* 獲取溫度值 */
        MAX31865_Read_Fault_Status();                           /* 讀取故障狀態(tài)寄存器 */
        delay_ms(2000);
    }
}

四、功能展示 - 串口顯示