هدف ما از انجام این پروژه چیست؟
در این بخش قصد داریم سنسورMS5637 را به وسیله میکروکنترلر آرم، سری STM32F راه اندازی کنیم. به منظور استفاده راحت تر و بهینه تر در این پروژه از دو ماژول آماده GB641EN و GebraBit STM32F303 استفاده میکنیم.
این دو ماژول شامل مینیمم قطعات لازم سنسور MS5637و میکروکنترلر STM32F میباشند که توسط تیم جبرابیت جهت آسان سازی کار فراهم شده اند.
در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟
شما در این بخش ضمن راه اندازی و استفاده از سنسورMS5637، به طور خلاصه با تمامی رجیسترهای سنسور MS5637، نحوه تنظیم بخش های مختلف میکروکنترلرSTM32 برای راه اندازی این سنسور با استفاده از پروتکل I2C، چگونگی استفاده از فایل کتابخانه و درایور مختص ماژول GB641EN، نحوه فراخوانی توابع و در نهایت دریافت داده های سنسور در کامپایلر Keil نیز آشنا خواهید شد.
برای شروع این پروژه به چه چیزهایی نیاز داریم؟
برای اجرای این پروژه به سخت‌افزار و نرم‌افزار نیاز داریم. عناوین این سخت‌افزارها و نرم‌افزارها در جدول زیر به شما ارائه شده است و می‌توانید با کلیک بر روی هر یک، آن را تهیه/دانلود کرده و برای شروع آماده شوید.
| سخت افزارهای مورد نیاز | نرمافزارهای مورد نیاز |
|---|---|
| ST-LINK/V2 Programmer | Keil uVision Programmer |
| STM32 Microcontroller – ( Gebra STM32f303 ) | STM32CubeMX Program |
| ماژول سنسور فشار بارومتریک Gebra MS5637 | |
| Cable and Breadboard |
ابتدا مانند تصویر زیر ماژول GebraBit MS5637 را به صورت زیر به ماژول GebraBit STM32F303 متصل می کنیم:
توجه: با توجه به اینکه پین PA14 ماژول میکروکنترلر GebraBit STM32F303 برای پروگرام کردن میکروکنترلر استفاده میشود،تنظیم I2C بر روی پین های PA14 و PA15 در این ورژن مقدور نمی باشد،لذا در اتصال I2C به ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 در این ورژن ، ماژول GebraBit MS5637 نمی تواند به صورت Pin to Pin بر روی آن قرار گیرد.
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 I2C , RCC , Debug , Clock را در میکروکنترلر STM32F303 برای راه اندازی ماژول GebraBit MS5637 را مرور می کنیم.
RCC / Clock تنظیمات
به‌دلیل وجود کریستال خارجی (External Crystal) در برد جبرابیت STM32F303، در بخش “RCC” گزینه “Crystal/Ceramic Resonator” را انتخاب میکنیم.
سپس از صفحه Clock Configuration حالت PLLCLK را انتخاب کرده و سایر تنظیمات لازم را انجام می‌دهیم (برای اطلاعات بیشتر کلیک کنید).
Debug & Programming تنظیمات
برای کاهش تعداد پایه‌ها در زمان Debug and Program، در این ماژول گزینه “Serial Wire” را از بخش “Debug” در بلوک “SYS” انتخاب میکنیم که مربوط به پایه‌های “SWCLK” و “SWDIO” است.
I2C تنظیمات
برای برقراری ارتباط I2C بین Gebra STM32F303و ماژول سنسور فشار بارومتریک Gebra MS5637، از مسیر Connectivity -> I2C گزینه Standard Mode را انتخاب کرده و پایه‌های PB8 و PB9 را به ترتیب به‌عنوان SCL و SDA تنظیم کنید.
نکته: اگر از میکروکنترلر دیگری استفاده می‌کنید یا می‌خواهید از پایه‌های متفاوتی برای I2C استفاده کنید، کافی است روی پایه دلخواه کلیک کرده و گزینه‌های i2c1_scl و i2c1_sda را انتخاب نمایید.
Project Manager تنظیمات
تنظیمات “Project Manager” به صورت زیر است؛ در اینجا از نسخه “5.32” محیط توسعه “MDK-ARM” استفاده کرده‌ایم. اگر شما برای برنامه‌نویسی از محیط توسعه دیگری استفاده می‌کنید، باید از قسمت Toolchain گزینه مربوط به IDE مورد استفاده خود را انتخاب کنید.
پس از تکمیل تمامی تنظیمات بالا، روی گزینه GENERATE CODE کلیک میکنیم.
کتابخانه پروژه (Library)
جبرابیت علاوه بر طراحی ماژولار انواع حسگرها و قطعات مجتمع، برای سهولت در نصب و توسعه نرم‌افزار توسط کاربران، مجموعه‌ای از کتابخانه‌های ساختاریافته و مستقل از سخت‌افزار را به زبان C ارائه می‌دهد. در این راستا، کاربران می‌توانند کتابخانه‌ی مربوط به ماژول مورد نظر خود را در قالب فایل‌های “.h” و “.c” دانلود کنند.
با افزودن کتابخانه‌ی ارائه‌شده توسط جبرابیت به پروژه (راهنمای افزودن فایل به پروژه)، می‌توانیم به‌راحتی کد خود را توسعه دهیم. فایل‌های مربوطه را می‌توانید در انتهای پروژه یا در بخش صفحات مرتبط در سمت راست مشاهده کنید.
تمام توابع تعریف‌شده در کتابخانه با جزئیات کامل توضیح داده شده‌اند و کلیه پارامترهای ورودی و مقادیر بازگشتی هر تابع به‌صورت مختصر شرح داده شده است. از آنجا که این کتابخانه‌ها مستقل از سخت‌افزار هستند، کاربر می‌تواند آنها را به‌سادگی به کامپایلر دلخواه خود اضافه کرده و با میکروکنترلر یا برد توسعه مورد نظر خود استفاده کند.
فایل هدر GebraBit_MS5637.h
در این فایل بر اساس دیتاشیت سنسور یا ای سی ، تمامی آدرس رجیسترها، دستورات به اصطلاح Command ها ، مقادیر هریک از رجیسترها به صورت Enumeration تعریف شده است.همچنین بدنه سنسور MS5637 و کانفیگ های مربوط به هریک از بلوک های داخلی سنسور MS5637 به صورت STRUCT با نام GebraBit_MS5637 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 :
/************************************************
* USER REGISTER MAP *
***********************************************/
#define MS5637_RESET (0x1E)
#define MS5637_PRESSURE_SAMPLING_START (0x40)
#define MS5637_TEMPERATURE_SAMPLING_START (0x50)
#define MS5637_ADC_READ 2(0x00)
#define MS5637_PROM_READ (0xA0) ////0xA0 TO 0xAE
#define MS5637_ADD 0x76 /* I2C Address */
#define MS5637_WRITE_ADD 0xEC
#define MS5637_READ_ADD 0xED
#define MS5637_I2C &hi2c1
/*----------------------------------------------*
* USER REGISTER MAP End *
*----------------------------------------------*/
/************************************************
* Register Values Begin *
***********************************************/
#define MS5637_OSR_256_CONVERSION_TIME 1
#define MS5637_OSR_512_CONVERSION_TIME 2
#define MS5637_OSR_1024_CONVERSION_TIME 3
#define MS5637_OSR_2048_CONVERSION_TIME 5
#define MS5637_OSR_4096_CONVERSION_TIME 9
#define MS5637_OSR_8192_CONVERSION_TIME 17
#define ADC_DATA_BUFFER_SIZE 3
#define PROM_DATA_BUFFER_SIZE 14
#define SEA_LEVEL_PRESSURE 101325
/*----------------------------------------------*
* Register Values End *
*----------------------------------------------*/MS5637_Output_Sample_Rate Enum
برای انتخاب OSR سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Output_Sample_Rate
{
OSR_256 = 0x00 ,
OSR_512 = 0x02 ,
OSR_1024 = 0x04 ,
OSR_2048 = 0x06 ,
OSR_4096 = 0x08 ,
OSR_8192 = 0x0A
} MS5637_Output_Sample_Rate;MS5637 struct
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.
typedef struct MS5637
{
uint8_t Register_Cache;
MS5637_Output_Sample_Rate PRESSURE_SAMPLE_RATE;
MS5637_Output_Sample_Rate TEMPERATURE_SAMPLE_RATE;
uint8_t PROM_DATA[PROM_DATA_BUFFER_SIZE];
uint16_t C1;
uint16_t C2;
uint16_t C3;
uint16_t C4;
uint16_t C5;
uint16_t C6;
uint16_t CRC_SERIAL_CODE;
uint8_t ADC_DATA[ADC_DATA_BUFFER_SIZE];
uint32_t ADC_RAW_PRESSURE;
uint32_t ADC_RAW_TEMPERATURE;
int32_t DT;
int64_t T2;
int64_t OFF2;
int64_t SENS2;
int64_t OFF;
int64_t SENS;
float TEMPERATURE;
float PRESSURE;
double ALTITUDE;
}GebraBit_MS5637;Declaration of functions
در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های MS5637 ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:
/********************************************************
* Declare Read&Write MS5611 Register Values Functions *
********************************************************/
extern void GB_MS5637_Burst_Read(uint8_t regAddr, uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
extern void GB_MS5637_Write_Command( uint8_t cmd);
/********************************************************
* Declare MS5611 Configuration Functions *
********************************************************/
extern void GB_MS5637_Soft_Reset ( GebraBit_MS5637 * MS5637 ) ;
extern void GB_MS5637_Read_PROM ( GebraBit_MS5637 * MS5637 ) ;
extern void GB_MS5637_Read_Factory_Calibrated_Data ( GebraBit_MS5637 * MS5637 ) ;
extern void GB_MS5637_Pressure_Sample_Rate(GebraBit_MS5637 * MS5637 , MS5637_Output_Sample_Rate rate) ;
extern void GB_MS5637_Temperature_Sample_Rate(GebraBit_MS5637 * MS5637 , MS5637_Output_Sample_Rate rate) ;
extern void GB_MS5637_Start_Pressure_Sampling(GebraBit_MS5637 * MS5637) ;
extern void GB_MS5637_Start_Temperature_Sampling(GebraBit_MS5637 * MS5637) ;
extern void GB_MS5637_initialize( GebraBit_MS5637 * MS5637 ) ;
extern void GB_MS5637_Read_ADC ( GebraBit_MS5637 * MS5637 ) ;
extern void GB_MS5637_Read_ADC_Raw_Pressure(GebraBit_MS5637* MS5637) ;
extern void GB_MS5637_Read_ADC_Raw_Temperature(GebraBit_MS5637* MS5637) ;
extern void GB_MS5637_Calculate_Temperature(GebraBit_MS5637* MS5637) ;
extern void GB_MS5637_Calculate_Temperature_Compensated_Pressure(GebraBit_MS5637* MS5637) ;
extern void GB_MS5637_Altitude(GebraBit_MS5637 * MS5637);
فایل سورس GebraBit_MS5637.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_MS5637.c ارائه شده توسط GebraBit ، به بررسی قسمت اصلی برنامه آموزشی نمونه، فایل main.c و مشاهده خروجی ماژول GebraBit MS5637 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_MS5637.h برای دسترسی به ساختار ها ، Enum ها و توابع مورد نیاز ماژول GebraBit MS5637 ، اضافه شده است.در قسمت بعدی متغیری به نام MS5637_Module از نوع ساختار GebraBit_MS5637 (این ساختار در هدر GebraBit_MS5637 بوده و در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit_MS5637توضیح داده شد) که برای پیکربندی ماژول GebraBit MS5637 می باشد،تعریف شده است:
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
GebraBit_MS5637 MS5637_Module;
/* USER CODE END PTD */در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_MS5637_initialize(&MS5637_Module) ، ماژول GebraBit MS5637 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:
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
GB_MS5637_Calculate_Temperature(&MS5637_Module);
GB_MS5637_Calculate_Temperature_Compensated_Pressure(&MS5637_Module);
GB_MS5637_Altitude(&MS5637_Module);
}
/* USER CODE END 3 */
}STLINK V2
پس از ایجاد پروژه Keil با استفاده از STM32CubeMX و افزودن کتابخانه، آداپتور STLINKV2 را متصل کرده و برنامه‌نویس STLINK V2 را به برد جبرابیت STM32F303 وصل میکنیم.
وقتی برنامه‌نویس STLINK V2 را به برد جبرابیت STM32F303 متصل می‌کنید، نیازی به تغذیه جداگانه ماژول نیست، زیرا ولتاژ تغذیه را مستقیماً از برنامه‌نویس STLINK V2 دریافت می‌کند.
سپس روی گزینه Build (F7) کلیک کرده و پنجره Build Output را برای بررسی خطاهای احتمالی کنترل میکنیم.
در نهایت وارد حالت Debug شده و با اضافه کردن MS5637_Module به پنجره watch و اجرای برنامه ، تغییرات مقادیر دما و فشار ماژول و ارتفاع GebraBit MS5637 را مشاهده می کنیم:
