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embedded - 为什么从 STM32F407G-Disc1 MCU 上的 LIS3DSH 加速度计读取时我只得到 0xFF？

问题描述

所以我在学习嵌入式开发，最近学习了SPI的基础知识。作为一个项目，我想仅使用 CMSIS 接头与我的 STM32F407G-DISC1 板上的 LIS3DSH 加速度计进行通信。

我在下面粘贴了整个代码，但我会先解释一下，因为没有人想阅读所有代码。

作为参考，这些是通过 SPI 通信所需的引脚（根据 MCU 的数据表）：

这是我在代码中采取的步骤：

  1. 使用 AHB1ENR 寄存器启用 GPIOA 和 GPIOE 的时钟。
  2. 对于GPIOA，我将三个引脚设置为复用功能，输出为推挽，速度为低，无上拉/下拉，并配置复用功能为SPI。
  3. 对于 GPIOE，设置为 GPIO 模式，推挽，低速，上拉，然后设置为高（如写入 BSSR 寄存器）。
  4. 使用 APB2ENR 寄存器启用 SPI 时钟。
  5. 配置 SPI1：首先禁用它，启用 2 线单向模式，将波特率设置为 fPCL/16，因为 APB2 外设时钟为 84MHz，加速度计的最大时钟为 10MHz。然后将时钟相位和极性设置为 1。 8 位数据帧，MSB 在前，启用软件从机管理，同时启用主机配置。最后，启用 SPI1。
  6. 毕竟，我将 0x63 传输到加速度计的 0x20 寄存器。这会将输出速率设置为 100Hz，并同时启用 x 轴和 y 轴。我不知道这是否真的有效。我假设这是因为当我检查 SPI 状态寄存器时 TX 缓冲区是空的。
  7. 然后为了测试是否可以接收，我尝试从加速度计的 WHO_AM_I 寄存器中获取数据。但是我只在调试时看到垃圾数据（0xFF）。

我用谷歌搜索了为什么会这样，很多人建议时钟极性和相位可能不正确。但是，我已经检查了多次，并且我相当确定我正确配置了它。

我试过设置中断。在中断期间，即使 RXNE (RX buffer not empty) 为真，它仍然只读取 0xFF。我很困惑为什么会这样。

代码如下。起点是accelerometer_init()。从 WHO_AM_I 寄存器读取数据是在turn_on_accelerometer().

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "stm32f4xx.h"
#include "accelerometer.h"

static void gpio_clock_enable(void);
static void gpio_a_init(void);
static void gpio_e_init(void);
static void accelerometer_clock_enable(void);
static void configure_accelerometer(void);
static void pull_slave_high(void);
static void pull_slave_low(void);
static void turn_on_accelerometer(void);
static void wait_till_transmit_complete(void);
static void transmit_only(uint8_t address, uint8_t data);
static void receive_dummy_data(void);

void accelerometer_init(void) {
    gpio_clock_enable();
    gpio_a_init();
    gpio_e_init();

    accelerometer_clock_enable();
    configure_accelerometer();
    turn_on_accelerometer();
}

void gpio_clock_enable(void) {
    RCC_TypeDef *rcc = RCC;
    rcc->AHB1ENR |= (1 << 0) | (1 << 4);
}

void gpio_a_init(void) {
    GPIO_TypeDef *gpio_a = GPIOA;

    // Reset mode and set as alternate function
    gpio_a->MODER &= ~(0x3 << 10) & ~(0x3 << 12) & ~(0x3 << 14);
    gpio_a->MODER |= (0x2 << 10) | (0x2 << 12) | (0x2 << 14);

    // Set output to PP
    gpio_a->OTYPER &= ~(1 << 5) & ~(1 << 6) & ~(1 << 7);

    // Set speed to low
    gpio_a->OSPEEDR &= ~(0x3 << 10) & ~(0x3 << 12) & ~(0x3 << 14);

    // Set to no pull-up / pull-down
    gpio_a->PUPDR &= ~(0x3 << 10) & ~(0x3 << 12) & ~(0x3 << 14);

    // Reset alternate function and set to SPI
    gpio_a->AFR[0] &= ~(0xF << 20) & ~(0xF << 24) & ~(0xF << 28);
    gpio_a->AFR[0] |= (0x5 << 20) | (0x5 << 24) | (0x5 << 28);
}

void gpio_e_init(void) {
    GPIO_TypeDef *gpio_e = GPIOE;

    // Set as general purpose output mode
    gpio_e->MODER &= ~(0x3 << 6);
    gpio_e->MODER |= (1 << 6);

    // Set as push pull
    gpio_e->OTYPER &= ~(1 << 3);

    // Set as low speed
    gpio_e->OSPEEDR &= ~(0x3 << 6);

    // Set to pull up
    gpio_e->PUPDR &= ~(0x3 << 6);
    gpio_e->PUPDR |= (1 << 6);

    // Set it high
    pull_slave_high();
}

void accelerometer_clock_enable(void) {
    RCC_TypeDef *rcc = RCC;
    rcc->APB2ENR |= (1 << 12);
}

void configure_accelerometer(void) {
    SPI_TypeDef *spi_1 = SPI1;

    // First disable it while we configure SPI
    spi_1->CR1 &= ~(1 << 6);

    // 2-line unidirectional data mode enabled
    spi_1->CR1 &= ~(1 << 15);

    // Reset baud rate and set to fPCLK/16
    // because APB2 peripheral clock currently is 84 MHz
    // and the max clock of the accelerometer is 10 MHz.
    spi_1->CR1 &= ~(0x7 << 3);
    spi_1->CR1 |= (0x3 << 3);

    // Set clock phase to 1
    spi_1->CR1 |= (1 << 0);

    // Set clock polarity to 1
    spi_1->CR1 |= (1 << 1);

    // 8 bit data frame format
    spi_1->CR1 &= ~(1 << 11);

    // MSB first
    spi_1->CR1 &= ~(1 << 7);

    // Software slave management enabled
    spi_1->CR1 |= (1 << 9);
    spi_1->CR1 |= (1 << 8);

    // Master configuration enabled
    spi_1->CR1 |= (1 << 2);

    // SS output enabled
//    spi_1->CR2 |= (1 << 2);

    // Enable SPI
    spi_1->CR1 |= (1 << 6);

    // Wait a little bit for accelerometer to turn on
    for (int i=0; i<1000000; i++);
}

void pull_slave_high(void) {
    // Wait until SPI is no longer busy
    SPI_TypeDef *spi_1 = SPI1;
    while ((spi_1->SR >> 7) & 1);

    GPIO_TypeDef *gpio_e = GPIOE;
    gpio_e->BSRR |= (1 << 19);
}

void pull_slave_low(void) {
    // Wait until SPI is no longer busy
    SPI_TypeDef *spi_1 = SPI1;
    while ((spi_1->SR >> 7) & 1);

    GPIO_TypeDef *gpio_e = GPIOE;
    gpio_e->BSRR |= (1 << 3);
}

void turn_on_accelerometer(void) {
    // Set output data rate to 100Hz
    // and enable X-axis, Y-axis.
    transmit_only(0x20, 0x63);
    receive_dummy_data();

    // Temp test checking the WHO_AM_I register on the accelerometer.
    SPI_TypeDef *spi_1 = SPI1;
    pull_slave_low();
    wait_till_transmit_complete();
    uint8_t address = 0x0F | 0x80;
    spi_1->DR = address;
    wait_till_transmit_complete();

    while (true) {
        volatile bool is_busy = (spi_1->SR >> 7) & 1;
        volatile bool is_rx_buffer_not_empty = (spi_1->SR >> 0) & 1;

        if (!is_busy && is_rx_buffer_not_empty) {
            break;
        }
    }
    volatile uint32_t data = spi_1->DR;
    pull_slave_high();
}

/*
 * Transmit is synchronous.
 */
void transmit_only(uint8_t address, uint8_t data) {
    SPI_TypeDef *spi_1 = SPI1;

    // Select the accelerometer as the slave
    pull_slave_low();

    // Wait till transmit buffer is ready
    wait_till_transmit_complete();

    spi_1->DR = address;

    // Wait till transmit buffer is ready
    wait_till_transmit_complete();

    spi_1->DR = data;

    // Wait till transmit buffer has been read
    wait_till_transmit_complete();

    // Deselect the slave
    pull_slave_high();
}

void wait_till_transmit_complete(void) {
    SPI_TypeDef *spi_1 = SPI1;

    while (true) {
        volatile bool is_busy = (spi_1->SR >> 7) & 1;
        volatile bool is_transmit_buffer_empty = (spi_1->SR >> 1) & 1;

        if (!is_busy && is_transmit_buffer_empty) {
            break;
        }
    }
}

void receive_dummy_data(void) {
    SPI_TypeDef *spi_1 = SPI1;
    spi_1->DR;
    spi_1->SR;
}

标签： embeddedstm32

解决方案

您使用 SPI 不正确。

该总线以这种方式工作：

  • 主控 (MCU) 在 MOSI 中发送字节
  • 同一行（！）时间从属（LIS）在 MISO 行中发送字节。在这一刻奴隶不知道，究竟什么字节主机传输给它。

要传输一个字节，您应该：

  • 在数据寄存器中写入字节
  • 等待传输完成
  • 读取数据寄存器

因此，为了读取 WHO_AM_I 寄存器，我们获得下一个序列：

  • 初始化 SPI
  • 刷新数据寄存器（只需读取 SPI->DR）
  • 发送命令
  • 等待
  • 读取虚拟数据（您的 0xFF）
  • 写入第二个字节（0x00 或 0xFF，没关系）
  • 等待
  • 从 LIS 中读取正确答案

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