e2studio开发LPS28DFW气压计(1)----轮询获取气压计数据

概述

本文将介绍如何使用 LPS28DFW 传感器来读取数据。主要步骤包括初始化传感器接口、验证设备ID、配置传感器的数据输出率和滤波器，以及通过轮询方式持续读取气压数据和温度数据。读取到的数据会被转换为适当的单位并通过串行通信输出。
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视频教学

https://www.bilibili.com/video/BV1ti4y1q7Cy/

样品申请

https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#

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产品特性

LPS28DFW 是一款高性能的压阻式绝对压力传感器，设计用于提供精确的气压测量。这款传感器特别适合于个人电子和消费类产品，因为它结合了多种先进特性。该传感器以其低功耗和低噪声性能著称，使其在电池供电的便携设备中尤为理想。
LPS28DFW 的封装为陶瓷 LGA 类型，带有金属盖，这种设计既提供了水阻性能，又保持了灵活性，金属盖可以接地或在电路板布局中保持电气浮动。这款传感器能够在 -40°C 至 +85°C 的温度范围内稳定运作，确保在多种环境条件下的可靠性。
此外，它提供两种全尺度的绝对压力测量模式，精度高达 0.5 hPa，配合低至 0.32 Pa 的传感器噪声。内嵌的温度补偿功能进一步增强了其测量准确性。LPS28DFW 还支持高达 200 Hz 的可调输出数据速率 (ODR) 和 24 位的压力数据输出。

通信模式

对于LPS28DFW，可以使用IIC进行通讯。
最小系统图如下所示。

本文使用的板子原理图如下所示。

速率

该模块支持的I2C速度最快位快速模式+(1M)。

新建工程

工程模板

保存工程路径

芯片配置

本文中使用R7FA4M2AD3CFL来进行演示。

工程模板选择

时钟设置

开发板上的外部高速晶振为12M.

需要修改XTAL为12M。

UART配置

点击Stacks->New Stack->Driver->Connectivity -> UART Driver on r_sci_uart。

UART属性配置

设置e2studio堆栈

printf函数通常需要设置堆栈大小。这是因为printf函数在运行时需要使用栈空间来存储临时变量和函数调用信息。如果堆栈大小不足，可能会导致程序崩溃或不可预期的行为。
printf函数使用了可变参数列表，它会在调用时使用栈来存储参数，在函数调用结束时再清除参数，这需要足够的栈空间。另外printf也会使用一些临时变量，如果栈空间不足，会导致程序崩溃。
因此，为了避免这类问题，应该根据程序的需求来合理设置堆栈大小。

e2studio的重定向printf设置

在嵌入式系统的开发中，尤其是在使用GNU编译器集合（GCC）时，–specs 参数用于指定链接时使用的系统规格（specs）文件。这些规格文件控制了编译器和链接器的行为，尤其是关于系统库和启动代码的链接。–specs=rdimon.specs 和 --specs=nosys.specs 是两种常见的规格文件，它们用于不同的场景。
–specs=rdimon.specs
用途: 这个选项用于链接“Redlib”库，这是为裸机（bare-metal）和半主机（semihosting）环境设计的C库的一个变体。半主机环境是一种特殊的运行模式，允许嵌入式程序通过宿主机（如开发PC）的调试器进行输入输出操作。
应用场景: 当你需要在没有完整操作系统的环境中运行程序，但同时需要使用调试器来处理输入输出（例如打印到宿主机的终端），这个选项非常有用。
特点: 它提供了一些基本的系统调用，通过调试接口与宿主机通信。
–specs=nosys.specs
用途: 这个选项链接了一个非常基本的系统库，这个库不提供任何系统服务的实现。
应用场景: 适用于完全的裸机程序，其中程序不执行任何操作系统调用，比如不进行文件操作或者系统级输入输出。
特点: 这是一个更“裸”的环境，没有任何操作系统支持。使用这个规格文件，程序不期望有操作系统层面的任何支持。
如果你的程序需要与宿主机进行交互（如在开发期间的调试），并且通过调试器进行基本的输入输出操作，则使用 --specs=rdimon.specs。
如果你的程序是完全独立的，不需要任何形式的操作系统服务，包括不进行任何系统级的输入输出，则使用 --specs=nosys.specs。

R_SCI_UART_Open()函数原型

故可以用 R_SCI_UART_Open()函数进行配置，开启和初始化UART。

 /* Open the transfer instance with initial configuration. */
    err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);
    assert(FSP_SUCCESS == err);

回调函数user_uart_callback ()

当数据发送的时候，可以查看UART_EVENT_TX_COMPLETE来判断是否发送完毕。

可以检查检查 “p_args” 结构体中的 “event” 字段的值是否等于 “UART_EVENT_TX_COMPLETE”。如果条件为真，那么 if 语句后面的代码块将会执行。

fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
volatile bool uart_send_complete_flag = false;
void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args)
{
    if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE)
    {
        uart_send_complete_flag = true;
    }
}

printf输出重定向到串口

打印最常用的方法是printf，所以要解决的问题是将printf的输出重定向到串口，然后通过串口将数据发送出去。
注意一定要加上头文件#include <stdio.h>

#ifdef __GNUC__                                 //串口重定向
    #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
    #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
        err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);
        if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();
        while(uart_send_complete_flag == false){}
        uart_send_complete_flag = false;
        return ch;
}

int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
{
    for(int i=0;i<size;i++)
    {
        __io_putchar(*pBuffer++);
    }
    return size;
}

IIC属性配置

查看手册，可以得知LPS28DFW的IIC地址为“1011100” 或者 “1011101”，即0x5C或0x5D。

IIC配置

配置RA4M2的I2C接口，使其作为I2C master进行通信。
查看开发板原理图，对应的IIC为P407和P408。

点击Stacks->New Stack->Connectivity -> I2C Master(r_iic_master)。

设置IIC的配置，需要注意从机的地址。

R_IIC_MASTER_Open()函数原型

R_IIC_MASTER_Open()函数为执行IIC初始化，开启配置如下所示。

    /* Initialize the I2C module */
    err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg);
    /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */
    assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Write()函数原型

R_IIC_MASTER_Write()函数是向IIC设备中写入数据，写入格式如下所示。

    err = R_IIC_MASTER_Write(&g_i2c_master0_ctrl, &reg, 1, true);
    assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Read()函数原型

R_SCI_I2C_Read()函数是向IIC设备中读取数据，读取格式如下所示。

    /* Read data from I2C slave */
    err = R_IIC_MASTER_Read(&g_i2c_master0_ctrl, bufp, len, false);
    assert(FSP_SUCCESS == err);

sci_i2c_master_callback()回调函数

对于数据是否发送完毕，可以查看是否获取到I2C_MASTER_EVENT_TX_COMPLETE字段。

/* Callback function */
i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
uint32_t  timeout_ms = 100000;
void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args)
{
    i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
    if (NULL != p_args)
    {
        /* capture callback event for validating the i2c transfer event*/
        i2c_event = p_args->event;
    }
}

SA0地址设置

通过设置SA0管脚的高低电平可以改变模块的地址。

这里设置SA0管脚位输出管脚。

参考程序

https://github.com/STMicroelectronics/lps28dfw-pid

SA0设置模块地址

使能SA0为低电平，配置模块地址。

  lps28dfw_pin_int_route_t int_route;
  lps28dfw_all_sources_t all_sources;
  lps28dfw_bus_mode_t bus_mode;
  lps28dfw_stat_t status;
  stmdev_ctx_t dev_ctx;
  lps28dfw_id_t id;
  lps28dfw_md_t md;

  /* Initialize mems driver interface */
  dev_ctx.write_reg = platform_write;
  dev_ctx.read_reg = platform_read;
  dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS;


  HAL_GPIO_WritePin(SA0_GPIO_Port, SA0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  /* Wait sensor boot time */
  platform_delay(BOOT_TIME);

获取ID

可以向WHO_AM_I (0Fh)获取固定值，判断是否为0xB4

lps28dfw_id_get为获取函数。

对应的获取ID驱动程序,如下所示。

  /* Check device ID */
  lps28dfw_id_get(&dev_ctx, &id);
	printf("LPS28DFW_ID=0x%x,id.whoami=0x%x\n",LPS28DFW_ID,id.whoami);	
	
  if (id.whoami != LPS28DFW_ID)
    while(1);

复位操作

lps28dfw_init_set为重置函数。

对应的驱动程序,如下所示。

 /* Restore default configuration */
  lps28dfw_init_set(&dev_ctx, LPS28DFW_RESET);
  do {
    lps28dfw_status_get(&dev_ctx, &status);
  } while (status.sw_reset);

BDU设置

在很多传感器中，数据通常被存储在输出寄存器中，这些寄存器分为两部分：MSB和LSB。这两部分共同表示一个完整的数据值。例如，在一个加速度计中，MSB和LSB可能共同表示一个加速度的测量值。
连续更新模式（BDU = ‘0’）：在默认模式下，输出寄存器的值会持续不断地被更新。这意味着在你读取MSB和LSB的时候，寄存器中的数据可能会因为新的测量数据而更新。这可能导致一个问题：当你读取MSB时，如果寄存器更新了，接下来读取的LSB可能就是新的测量值的一部分，而不是与MSB相对应的值。这样，你得到的就是一个“拼凑”的数据，它可能无法准确代表任何实际的测量时刻。
块数据更新（BDU）模式（BDU = ‘1’）：当激活BDU功能时，输出寄存器中的内容不会在读取MSB和LSB之间更新。这就意味着一旦开始读取数据（无论是先读MSB还是LSB），寄存器中的那一组数据就被“锁定”，直到两部分都被读取完毕。这样可以确保你读取的MSB和LSB是同一测量时刻的数据，避免了读取到代表不同采样时刻的数据。
简而言之，BDU位的作用是确保在读取数据时，输出寄存器的内容保持稳定，从而避免读取到拼凑或错误的数据。这对于需要高精度和稳定性的应用尤为重要。
可以向CFG_REG_C (62h)的BDU寄存器写入1进行开启。

对应的驱动程序,如下所示。

  /* Set bdu and if_inc recommended for driver usage */
  lps28dfw_init_set(&dev_ctx, LPS28DFW_DRV_RDY);

设置总线接口

  /* Select bus interface */
  bus_mode.filter = LPS28DFW_AUTO;
  bus_mode.interface = LPS28DFW_SEL_BY_HW;
  lps28dfw_bus_mode_set(&dev_ctx, &bus_mode);

设置速率

设置速率和量程可以通过CTRL_REG1 (10h)和CTRL_REG2 (11h)进行设置。

  /* Set Output Data Rate */
  md.odr = LPS28DFW_4Hz;
  md.avg = LPS28DFW_16_AVG;
  md.lpf = LPS28DFW_LPF_ODR_DIV_4;
  md.fs = LPS28DFW_1260hPa;
  lps28dfw_mode_set(&dev_ctx, &md);

中断配置

CTRL_REG4 (13h) 寄存器在 LPS28DFW 气压传感器中用于控制与中断相关的不同功能。以下是具体的位字段及其功能：

1. DRDY_PLS (位 6)：在 INT_DRDY 引脚上启用数据就绪脉冲。默认值为 0（0：禁用；1：启用在 INT_DRDY 引脚上的数据就绪脉冲，脉冲宽度约 5 微秒）。
2. DRDY (位 5)：在 INT_DRDY 引脚上的数据就绪信号。默认值为 0（0：禁用；1：启用）。
3. INT_EN (位 4)：在 INT_DRDY 引脚上的中断信号。默认值为 0（0：禁用；1：启用）。
4. INT_F_FULL (位 2)：在 INT_DRDY 引脚上的 FIFO 满标志。默认值为 0（0：FIFO 为空；1：FIFO 满，有 128 个未读样本）。
5. INT_F_WTM (位 1)：在 INT_DRDY 引脚上的 FIFO 阈值（水位标记）状态。默认值为 0（0：FIFO 低于 WTM 级别；1：FIFO 等于或高于 WTM 级别）。
6. INT_F_OVR (位 0)：在 INT_DRDY 引脚上的 FIFO 溢出状态。默认值为 0（0：未溢出；1：FIFO 中至少有一个样本被覆盖）。
   这些设置允许用户配置传感器的中断行为，包括数据就绪通知、FIFO 相关的状态通知等。通过正确配置这些位，可以根据特定的应用需求调整传感器的行为，优化数据采集和处理效率。

  /* Configure inerrupt pins */
  lps28dfw_pin_int_route_get(&dev_ctx, &int_route);
  int_route.drdy_pres   = PROPERTY_DISABLE;
  lps28dfw_pin_int_route_set(&dev_ctx, &int_route);

轮询读取数据

对于压强和温度数据是否准备好，可以查看STATUS (27h)的Zyxda位，判断是否有新数据到达。

对于压强数据，主要在PRESS_OUT_XL (28h)-PRESS_OUT_H (2Ah)。

对于温度数据，数据在TEMP_OUT_L (2Bh)-TEMP_OUT_H (2Ch)。

    while (1)
    {
      /* Read output only if new values are available */
      lps28dfw_all_sources_get(&dev_ctx, &all_sources);
      if ( all_sources.drdy_pres | all_sources.drdy_temp ) {
        lps28dfw_data_get(&dev_ctx, &md, &data);
        printf("pressure [hPa]:%6.2f temperature [degC]:%6.2f\r\n",data.pressure.hpa, data.heat.deg_c);
      }
    }

演示

正常气压为50hPa到1050hPa之间。

主程序

#include "hal_data.h"
#include "lps28dfw_reg.h"
#include <stdio.h>


fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
volatile bool uart_send_complete_flag = false;
void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args)
{
    if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE)
    {
        uart_send_complete_flag = true;
    }
}
/* Callback function */
i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
uint32_t  timeout_ms = 100000;
void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args)
{
    i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
    if (NULL != p_args)
    {
        /* capture callback event for validating the i2c transfer event*/
        i2c_event = p_args->event;
    }
}
#ifdef __GNUC__                                 //串口重定向
    #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
    #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
        err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);
        if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();
        while(uart_send_complete_flag == false){}
        uart_send_complete_flag = false;
        return ch;
}

int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
{
    for(int i=0;i<size;i++)
    {
        __io_putchar(*pBuffer++);
    }
    return size;
}



FSP_CPP_HEADER
void R_BSP_WarmStart(bsp_warm_start_event_t event);
FSP_CPP_FOOTER


#define    BOOT_TIME         10 //ms
#define SENSOR_BUS g_i2c_master0_ctrl

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
static uint8_t tx_buffer[1000];
static lps28dfw_data_t data;




/* Private functions ---------------------------------------------------------*/
/*
 *   WARNING:
 *   Functions declare in this section are defined at the end of this file
 *   and are strictly related to the hardware platform used.
 *
 */
static int32_t platform_write(void *handle, uint8_t reg, const uint8_t *bufp,
                              uint16_t len);
static int32_t platform_read(void *handle, uint8_t reg, uint8_t *bufp,
                             uint16_t len);
static void tx_com( uint8_t *tx_buffer, uint16_t len );
static void platform_delay(uint32_t ms);
static void platform_init(void);





/*******************************************************************************************************************//**
 * main() is generated by the RA Configuration editor and is used to generate threads if an RTOS is used.  This function
 * is called by main() when no RTOS is used.
 **********************************************************************************************************************/
void hal_entry(void)
{
    /* TODO: add your own code here */

    /* Open the transfer instance with initial configuration. */
    err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);
    assert(FSP_SUCCESS == err);

    printf("hello world!\n");


    /* Initialize the I2C module */
    err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg);
    /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */
    assert(FSP_SUCCESS == err);

    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_05, BSP_IO_LEVEL_LOW);

    lps28dfw_pin_int_route_t int_route;
    lps28dfw_all_sources_t all_sources;
    lps28dfw_bus_mode_t bus_mode;
    lps28dfw_stat_t status;
    stmdev_ctx_t dev_ctx;
    lps28dfw_id_t id;
    lps28dfw_md_t md;

    /* Initialize mems driver interface */
    dev_ctx.write_reg = platform_write;
    dev_ctx.read_reg = platform_read;
    dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS;


    /* Wait sensor boot time */
    platform_delay(BOOT_TIME);


    /* Check device ID */
    lps28dfw_id_get(&dev_ctx, &id);
      printf("LPS28DFW_ID=0x%x,id.whoami=0x%x\n",LPS28DFW_ID,id.whoami);

    if (id.whoami != LPS28DFW_ID)
      while(1);

   /* Restore default configuration */
    lps28dfw_init_set(&dev_ctx, LPS28DFW_RESET);
    do {
      lps28dfw_status_get(&dev_ctx, &status);
    } while (status.sw_reset);

    /* Set bdu and if_inc recommended for driver usage */
    lps28dfw_init_set(&dev_ctx, LPS28DFW_DRV_RDY);

    /* Select bus interface */
    bus_mode.filter = LPS28DFW_AUTO;
    bus_mode.interface = LPS28DFW_SEL_BY_HW;
    lps28dfw_bus_mode_set(&dev_ctx, &bus_mode);


    /* Set Output Data Rate */
    md.odr = LPS28DFW_4Hz;
    md.avg = LPS28DFW_16_AVG;
    md.lpf = LPS28DFW_LPF_ODR_DIV_4;
    md.fs = LPS28DFW_1260hPa;
    lps28dfw_mode_set(&dev_ctx, &md);

    /* Configure inerrupt pins */
    lps28dfw_pin_int_route_get(&dev_ctx, &int_route);
    int_route.drdy_pres   = PROPERTY_DISABLE;
    lps28dfw_pin_int_route_set(&dev_ctx, &int_route);



    while (1)
    {
      /* Read output only if new values are available */
      lps28dfw_all_sources_get(&dev_ctx, &all_sources);
      if ( all_sources.drdy_pres | all_sources.drdy_temp ) {
        lps28dfw_data_get(&dev_ctx, &md, &data);
        printf("pressure [hPa]:%6.2f temperature [degC]:%6.2f\r\n",data.pressure.hpa, data.heat.deg_c);
      }
    }



#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
    /* Enter non-secure code */
    R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}