MAX31865模块和PT100实现温度测量使用配置笔记教程
0、前言
最初接触这个MAX31865模块，还是研究生同学请教我一个问题，他跟我说这个PT100、PT1000温度传感器模块，无论怎么调，都弄不出来，网上的工程代码找了一个又一个，就是不成功。
然后简单网上了解了一下后，发现没啥难的啊，不就是一个SPI协议写一写指令，通信驱动一下就可以用了吗？
必须搞起来，然而打脸来的很快很快，我拿到同学给的几个模块后，我无论怎么写都没有成功，一度开始自我怀疑自己代码是不是有Bug，对写的代码反复反复的检查了好几回，没有发现任何问题啊，到底为什么？？？要是弄不出来，那不是很尴尬，让我的能力被严重的质疑？
修改代码解决不了问题后，我开始怀疑这批传感器模块有问题，因此用示波器和逻辑分析仪对SPI的波形进行解析，都只有发给模块的信号，但是没有返回数据波形。
换了一个厂家的模块后，果然，是店家的硬件产品有质量问题，换一个店家模块后，原来一样的程序代码可以正常跑了。
因为一个模块质量问题，白白emo了好几天，必须记录一下，记住这沉重的经历，提醒今后在项目研发中，同样关注硬件设备是否正常？
1、什么是MAX31865
对于温度模块，在接触单片机开发的时候，或多或少都是有了解到的，比如大多数供学习用的开发板就会集成DS18B20这个温湿度模块，还有DH11。
但对于MAX31865这个模块，如果不是特殊的业务项目场景需要，可能就会接触的比较少了。因为前面的DS18B20和DH11已经可以满足绝大多数的普通单片机学习使用了。
MAX31865也是一个用于测温的模块，通常配合PT100、PT1000一起使用，非常好的一个特性就是防水，可测量的温度范围值比其它模块的更大。
用厂家的话来说就是，MAX31865是一款易于使用的电阻-数字转换器，针对铂电阻温度检测器（RTD）进行了优化。MAX31865这个传感器模块目前已经广泛应用在工业设备，医疗设备，和仪器仪表中。
关于MAX31865这个传感器芯片的介绍，在网上已经有很多了，因此在这里就不过度描述。
2、MAX31865资料手册阅读
在帮助同学或者网友解决问题时，和他们沟通交流得知，很多处于起步的阶段的同学，是还不会阅读资料手册，或者说，看到资料手册，不知道应该怎么阅读，根本就是一个无从下手的状态。因此在这个部分，主要是手把手的带领阅读资料手册。
在拿到一个芯片资料手册时，我们需要明白，产商给的技术手册，里面内容是非常多的，主要目的是为了面向的不同的群体，如电子工程师，嵌入式软件工程师、技术支持工程师等。因此，不同工作群体的关注点的内容是不一样的。我们需要根据实际需要进行针对性的快速阅读，本文主要是面向编写程序代码软件实现对MAX31865这个模块使用，因此更多需要关注的就是逻辑时序图、寄存器指令地址和数据格式解析转换等内容。
(1)、逻辑时序图阅读
①、时序图电气特性注释表
一般芯片手册的时序图前后，都会有一个这样的表格，说明了时序图中各个缩写的含义及每个数据的时序范围信息，供开发者在阅读逻辑时序图时不会云里雾里，能帮助开发者更好的阅读理解。
②、SPI读取数据传输
在下面的数据读取时序图中，SPI的片选引脚CS拉低电平，表示选中了这个SPI设备芯片。在完成数据信号传输后，CS引脚拉高。
时钟信号SCLK则在CS拉低后，开始产生改变高低电平，产生上升沿和下降沿，供SDI和SDO进行数据传输。
SDI则是根据信号SCLK的上升沿和下降沿的时间范围内，拉低、拉高SDI引脚，从而达到，发送0、1信号的目的。需要注意的是，SDI的时序图部分，有两条信号线，这表示的是，这个引脚，可以有两种情况，可以低电平开始，或者是以高电平开始。
SDO最开始的一段WRITE ADDRESS BYTE时间内是处于中间位置的，这表示的是，在这一时刻，SDO不需要进行操作，状态可以任意。在SDO的READ DATA BYTE这个时间范围，则是利用SCLK上升沿和下降沿进行接收高低电平数据。
除了对这些引脚的高低电平状态理解外，还需要留意时间间隔，必须严格遵守厂家的时间间隔要求，不然编写的程序代码可能不能正确的操作芯片。
③、SPI写数据传输
SPI写数据传输的逻辑时序图解析理解方法和SPI读取数据传输类似，这里不过多阐述。
(2)、寄存器地址
在MAX31865中，有8个读寄存器地址，5个写寄存器地址。分别是配置寄存器、RTD数据，故障阈值、错误状态信息寄存器对应的地址，具体描述，见下图所示。在后续的MAX31865的驱动及正常的温度解析代码中，只需要对这些寄存器地址的写入或读取数据，即可完成正常的测温功能。
(3)、温度数据转换
根据MAX31865官方技术文档的内容可知，对温度解析，可以采取计算法直接将温度进行解析计算，也可以采用查表的方式，如果采用查表法，则需要将MAX31865提供的表格也放到程序代码中。
使用PT100 RTD、400Ω高精度低漂移基准电阻的典型情况下，PT100、400Ω RREF的温度示例。
3、MAX31865通信代码示例
(1)、max31865.h
#ifndef __MAX31865_H
#define __MAX31865_H#include "stm32f4xx.h"
#include <stdio.h>
#include "delay.h"
#include "sys.h"#define MAX31865_SPI_CS PCout(13)#define MAX31865_SPIx SPI1
#define MAX31865_CS_Port GPIOC
#define MAX31865_CS_Pin GPIO_Pin_13
#define MAX31865_RDY_Port GPIOC
#define MAX31865_RDY_Pin GPIO_Pin_10#define RREF (400)
//PT100分度表里的最低温度
#define RTD_TABLE_TEMP_MIN -200
//PT100分度表里的最高温度
#define RTD_TABLE_TEMP_MAX 650void MAX31865_GPIO_Init(void);
void MAX31865_SB_Write(uint8_t addr, uint8_t wdata);
uint8_t MAX31865_SB_Read(uint8_t addr);void MAX31865_Init();
uint16_t MAX31865_Find_Index (double Rt);
double MAX31865_Conver_Temperature(double Rt);
float MAX31865_Get_Temperature(void);#endif
(2)、max31865.c
#include "max31865.h"
#include "index.h"/*** @brief MAX31865 GPIO初始化* @param None* @retval None*/
void MAX31865_GPIO_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;/* 1. 使能 GPIO 和 SPI1 时钟 */RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA | RCC_AHB1Periph_GPIOB | RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);/* 2. 配置 SCK (PA5), MISO (PB4), MOSI (PB5) 为复用推挽输出 */// PA5 - SCKGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// PB4 - MISOGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);// PB5 - MOSIGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);// 设置引脚复用为 SPI1GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPI1); // PA5 -> SPI1_SCKGPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_SPI1); // PB4 -> SPI1_MISOGPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPI1); // PB5 -> SPI1_MOSI/* 3. 配置 CS（片选）引脚 PC13 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MAX31865_CS_Pin;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;GPIO_Init(MAX31865_CS_Port, &GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(MAX31865_CS_Port, MAX31865_CS_Pin); // 默认高电平，不选中/* 4. 配置 RDY（就绪信号）引脚 PC10 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MAX31865_RDY_Pin;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;GPIO_Init(MAX31865_RDY_Port, &GPIO_InitStructure);/* 5. 复位 SPI1（可选） */RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, DISABLE);/* 6. 配置 SPI1 参数 */SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // 全双工模式SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; // 主机模式SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // 8位数据长度SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; // CPOL = 1（空闲为高）SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; // CPHA = 1（第二个边沿采样）SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; // 软件控制NSSSPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128;// 分频系数128，约 84/128 ≈ 0.656 MHzSPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // MSB在前SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; // CRC多项式（不启用）SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);/* 7. 启动 SPI1 */SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}/*** @brief 向 MAX31865 寄存器写入一个字节* @param addr: 寄存器地址* @param wdata: 要写入的数据* @retval None*/
void MAX31865_SB_Write(uint8_t addr, uint8_t wdata)
{uint8_t Tx_Data[2];Tx_Data[0] = addr;Tx_Data[1] = wdata;MAX31865_SPI_CS = 0;// 发送第一个字节（地址）while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);SPI_I2S_SendData(SPI1, addr);// 等待传输完成while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);// 发送第二个字节（数据）SPI_I2S_SendData(SPI1, wdata);// 等待最后一个字节发送完成while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY) != RESET);MAX31865_SPI_CS = 1;
}/*** @brief 从 MAX31865 读取一个字节* @param addr: 寄存器地址* @retval 读取到的数据*/
uint8_t MAX31865_SB_Read(uint8_t addr)
{uint8_t Rx_Data;MAX31865_SPI_CS = 0;// 发送地址while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);SPI_I2S_SendData(SPI1, addr);// 等待接收while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);Rx_Data = SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);// 发送 dummy byte 获取数据SPI_I2S_SendData(SPI1, 0xFF);while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);Rx_Data = SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);MAX31865_SPI_CS = 1;return Rx_Data;
}/*** @brief MAX31865模块初始化配置* @param None* @retval None*/
void MAX31865_Init()
{MAX31865_GPIO_Init();MAX31865_SB_Write(0x80,0xC1);//二线、四线配置//MAX31865_SB_Write(0x80,0xD1);//三线配置delay_ms(100);printf("%02X\r\n", MAX31865_SB_Read(0x00));}/*** @brief 查找索引* @param Rt：温度值* @retval TableCount表中的位置下标*/
uint16_t MAX31865_Find_Index (double Rt)
{uint16_t i;uint16_t TableCount = sizeof(RTD_Table)/sizeof(RTD_Table[0]);for (i=0; i< TableCount; i++){if (RTD_Table[i] > Rt){return (i-1);}}return (TableCount);
}/*** @brief 通过电压查找分度表计算对应温度* @param Rt：温度值* @retval 温度值*/
double MAX31865_Conver_Temperature(double Rt)
{unsigned short Index;double temperature;if (Rt < RTD_Table[0]) // 电阻值小于表格最值低于量程下限。{return 0;}if (Rt > RTD_Table[849]) // 电阻值大于表格最大值，超出量程上限 。{return 0;} //查找当前电阻在分度表中的位置索引Index = MAX31865_Find_Index(Rt);temperature = (Rt - RTD_Table[Index]) / (RTD_Table[Index + 1]- RTD_Table[Index]) + Index + RTD_TABLE_TEMP_MIN;return temperature;
}/*** @brief 获取温度* @param None* @retval 温度值*/
float MAX31865_Get_Temperature(void)
{unsigned int Data;float Rt;float temperature;Data=MAX31865_SB_Read(0x01)<<8;Data|=MAX31865_SB_Read(0x02);Data>>=1; //去掉Fault位printf("Read=0x%02X\r\n",Data);Rt = (float)Data/32768.0f*RREF; //计算RTD电阻值printf("Rt=0x%.1f\r\n",Rt);//计算温度值temperature = MAX31865_Conver_Temperature(Rt); //查找分度表获取温度//temperature = (Rt-100.0f) / 0.385055f; //计算法计算温度printf("tempture: %f C\r\n", temperature); return temperature;
}(3)、index.h
#ifndef __INDEX_H__
#define __INDEX_H__ //根据MAX31865的技术文档，使用PT100 RTD、400Ω高精度低漂移基准电阻的典型情况下，PT100、400Ω RREF的温度示例。const double RTD_Table[] = {
18.52 , 18.952 , 19.384 , 19.815 , 20.247 , 20.677 , 21.108 , 21.538 , 21.967 , 22.397 ,
22.825 , 23.254 , 23.682 , 24.11 , 24.538 , 24.965 , 25.392 , 25.819 , 26.245 , 26.671 ,
27.096 , 27.522 , 27.947 , 28.371 , 28.796 , 29.22 , 29.643 , 30.067 , 30.49 , 30.913 ,
31.335 , 31.757 , 32.179 , 32.601 , 33.022 , 33.443 , 33.864 , 34.284 , 34.704 , 35.124 ,
35.543 , 35.963 , 36.382 , 36.8 , 37.219 , 37.637 , 38.055 , 38.472 , 38.889 , 39.306 ,
39.723 , 40.14 , 40.556 , 40.972 , 41.388 , 41.803 , 42.218 , 42.633 , 43.048 , 43.462 ,
43.876 , 44.29 , 44.704 , 45.117 , 45.531 , 45.944 , 46.356 , 46.769 , 47.181 , 47.593 ,
48.005 , 48.416 , 48.828 , 49.239 , 49.649 , 50.06 , 50.47 , 50.881 , 51.291 , 51.7 ,
52.11 , 52.519 , 52.928 , 53.337 , 53.746 , 54.154 , 54.562 , 54.97 , 55.378 , 55.786 ,
56.193 , 56.6 , 57.007 , 57.414 , 57.821 , 58.227 , 58.633 , 59.039 , 59.445 , 59.85 ,
60.256 , 60.661 , 61.066 , 61.471 , 61.876 , 62.28 , 62.684 , 63.088 , 63.492 , 63.896 ,
64.3 , 64.703 , 65.106 , 65.509 , 65.912 , 66.315 , 66.717 , 67.12 , 67.522 , 67.924 ,
68.325 , 68.727 , 69.129 , 69.53 , 69.931 , 70.332 , 70.733 , 71.134 , 71.534 , 71.934 ,
72.335 , 72.735 , 73.134 , 73.534 , 73.934 , 74.333 , 74.732 , 75.131 , 75.53 , 75.929 ,
76.328 , 76.726 , 77.125 , 77.523 , 77.921 , 78.319 , 78.717 , 79.114 , 79.512 , 79.909 ,
80.306 , 80.703 , 81.1 , 81.497 , 81.894 , 82.29 , 82.687 , 83.083 , 83.479 , 83.875 ,
84.271 , 84.666 , 85.062 , 85.457 , 85.853 , 86.248 , 86.643 , 87.038 , 87.432 , 87.827 ,
88.222 , 88.616 , 89.01 , 89.404 , 89.798 , 90.192 , 90.586 , 90.98 , 91.373 , 91.767 ,
92.16 , 92.553 , 92.946 , 93.339 , 93.732 , 94.124 , 94.517 , 94.909 , 95.302 , 95.694 ,
96.086 , 96.478 , 96.87 , 97.261 , 97.653 , 98.044 , 98.436 , 98.827 , 99.218 , 99.609 ,
100 , 100.391 , 100.781 , 101.172 , 101.562 , 101.953 , 102.343 , 102.733 , 103.123 , 103.513 ,
103.903 , 104.292 , 104.682 , 105.071 , 105.46 , 105.849 , 106.238 , 106.627 , 107.016 , 107.405 ,
107.794 , 108.182 , 108.57 , 108.959 , 109.347 , 109.735 , 110.123 , 110.51 , 110.898 , 111.286 ,
111.673 , 112.06 , 112.447 , 112.835 , 113.221 , 113.608 , 113.995 , 114.382 , 114.768 , 115.155 ,
115.541 , 115.927 , 116.313 , 116.699 , 117.085 , 117.47 , 117.856 , 118.241 , 118.627 , 119.012 ,
119.397 , 119.782 , 120.167 , 120.552 , 120.936 , 121.321 , 121.705 , 122.09 , 122.474 , 122.858 ,
123.242 , 123.626 , 124.009 , 124.393 , 124.777 , 125.16 , 125.543 , 125.926 , 126.309 , 126.692 ,
127.075 , 127.458 , 127.84 , 128.223 , 128.605 , 128.987 , 129.37 , 129.752 , 130.133 , 130.515 ,
130.897 , 131.278 , 131.66 , 132.041 , 132.422 , 132.803 , 133.184 , 133.565 , 133.946 , 134.326 ,
134.707 , 135.087 , 135.468 , 135.848 , 136.228 , 136.608 , 136.987 , 137.367 , 137.747 , 138.126 ,
138.506 , 138.885 , 139.264 , 139.643 , 140.022 , 140.4 , 140.779 , 141.158 , 141.536 , 141.914 ,
142.293 , 142.671 , 143.049 , 143.426 , 143.804 , 144.182 , 144.559 , 144.937 , 145.314 , 145.691 ,
146.068 , 146.445 , 146.822 , 147.198 , 147.575 , 147.951 , 148.328 , 148.704 , 149.08 , 149.456 ,
149.832 , 150.208 , 150.583 , 150.959 , 151.334 , 151.71 , 152.085 , 152.46 , 152.835 , 153.21 ,
153.584 , 153.959 , 154.333 , 154.708 , 155.082 , 155.456 , 155.83 , 156.204 , 156.578 , 156.952 ,
157.325 , 157.699 , 158.072 , 158.445 , 158.818 , 159.191 , 159.564 , 159.937 , 160.309 , 160.682 ,
161.054 , 161.427 , 161.799 , 162.171 , 162.543 , 162.915 , 163.286 , 163.658 , 164.03 , 164.401 ,
164.772 , 165.143 , 165.514 , 165.885 , 166.256 , 166.627 , 166.997 , 167.368 , 167.738 , 168.108 ,
168.478 , 168.848 , 169.218 , 169.588 , 169.958 , 170.327 , 170.696 , 171.066 , 171.435 , 171.804 ,
172.173 , 172.542 , 172.91 , 173.279 , 173.648 , 174.016 , 174.384 , 174.752 , 175.12 , 175.488 ,
175.856 , 176.224 , 176.591 , 176.959 , 177.326 , 177.693 , 178.06 , 178.427 , 178.794 , 179.161 ,
179.528 , 179.894 , 180.26 , 180.627 , 180.993 , 181.359 , 181.725 , 182.091 , 182.456 , 182.822 ,
183.188 , 183.553 , 183.918 , 184.283 , 184.648 , 185.013 , 185.378 , 185.743 , 186.107 , 186.472 ,
186.836 , 187.2 , 187.564 , 187.928 , 188.292 , 188.656 , 189.019 , 189.383 , 189.746 , 190.11 ,
190.473 , 190.836 , 191.199 , 191.562 , 191.924 , 192.287 , 192.649 , 193.012 , 193.374 , 193.736 ,
194.098 , 194.46 , 194.822 , 195.183 , 195.545 , 195.906 , 196.268 , 196.629 , 196.99 , 197.351 ,
197.712 , 198.073 , 198.433 , 198.794 , 199.154 , 199.514 , 199.875 , 200.235 , 200.595 , 200.954 ,
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