ある日、組み込みプログラマー。 STM HTS221湿度センサー用のドライバーを書く-それは非常に簡単ですか？

STMicroelectronicsの特殊なマイクロ回路のユーザーインターフェイスの妥当性を評価するとき、それらが一般に機能するという事実に時々驚かされます。 しかし、それらは同じように機能します。 そして、彼らはただ働くだけでなく、たくさんのチップと非常に低い価格を持っています。 その結果、あなたは何度も何度もそれらを選択する必要があります...



翌日は、「燃える」プロジェクトをもう一度保存すると、できるだけシンプルで楽しいものになることが約束されました 。 計画によると、夕方までに必要だったのは、統合された温度と湿度の複合センサーを復活させることだけでした。 ボード上の小さなサイズ、足の数が少ないこと、および「ストラップ」の個別のコンポーネントの欠如により、最新の開発に対処することを期待することができました。 彼らはそれ以上の質問なしに完成した結果を出します。 多くの場合、測定を行うだけでなく、非常に複雑な信号処理を実行し、データを保存するための内部バッファー、ウェイク中にマイクロコントローラーをウェイクするための割り込み出力、およびその他の多くの快適なチップを備えています。 これにより、コードを書く作業が大幅に容易になり、制御マイクロコントローラーのリソース要件が軽減されます...それらとの通信は簡単で快適です。 確かに、時には多くの設定をいじる必要があります。 しかし、今日、これは私を脅かしませんでした。なぜなら私の前には温度測定機能を備えた単なる容量性湿度計があるからです。



「インターフェイスをねじ込むのに数時間、レジスタの設定にさらに数時間、半日先までは無料です」と思いました。 バーベキューではなく、少なくとも控えめなピクニックのために、森で夕食を過ごすことが可能になります。



漠然とした不安感で私にインスピレーションを与えたのは、製造業者であるSTMicroelectronicsだけでした。 しかし、電気メーター、PLCモデム、高度な慣性センサーのために、タンバリンと一緒に回路の周りで踊る記憶を脇に置いて...仕事を始めました。

知り合いを作る

データシートと回路を簡単に知ったので、今回は回路技術者もトレーサーも「めちゃくちゃ」ではありませんでした（もちろん、ケースの隣のブロッキングコンデンサは置く価値があり、電力は少し異なりますが、これは測定の精度に影響し、性能には影響しません）。 I2Cを介したマイクロコントローラーとセンサー間の交換インターフェースは、標準のものと疑わしく類似していました。















標準のI2Cについては詳しく説明しませんが、データシートから基本用語のみを解読しますが、これは少し後で必要になります。

条件に同意しましょう。 相互理解のために

ST-開始条件。

SR-開始条件を再インストールする操作;レジスタからの読み取りの競合を解決するのに役立ちます。 クリーンな読み取り操作を実行することはできません。まず、読み取り中のレジスタ番号をデバイスに渡す必要があります。

SADはスレーブデバイスのアドレスです-センサー（その最下位ビットが操作の符号を占有します-書き込みの場合は「+ W：または0、読み取りの場合は「+ R」または1。したがって、「SAD + W」= 0xBE「SAD + R」= 0xBF;

SAC-スレーブデバイス、この場合はセンサーによって「送信」された確認ビット。

MAK-マイクロコントローラからの確認ビット。NMAKデータを読み取ったという事実に応じて設定します。NMAKデータは存在しないため、最後のバイトで特徴付けられます。

SUBはレジスタアドレス自体です。

DATA-データ自体

SP-停止条件



SDAバスをアースに短絡することによる確認。



STMベンチャーが今回、技術革新を放棄したとは信じられませんが、突然ポリシーを変更します。 さて、チェックを始めましょう。

最初のステップ。 最初の問題

この写真を見るのに困難の兆候はありませんでした。 合計で、16ビットレジスタのペアをカウントするのはビジネスです！







I2C交換テンプレートを完成させ、1時間以内に、マイクロサーキットはレジスターへの書き込みを試みる確認ビットで元気に応答します。 さて、マイクロコントローラにレジスタからデータを読み取ることを教えるのはもう少し難しいです。 測定結果が保存されるレジスタはどこにありますか？ はい、ありますが、固体ゼロを提供します。 まあ、構成についてもっと読む必要があります。 モニター画面から30分遅れて1杯のお茶を飲むと、デフォルトでマイクロサーキットが非アクティブ状態になっていることがわかりますが、構成レジスタの1バイトのみを変更することで、迷走神経から抜け出すことができます。 同時に、このプロジェクトでは大幅なエネルギー節約に対処する必要がないため、測定が周期的に行われるように、さらにいくつかをプッシュします。

CTRL_REG1=0x86;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

おっと、データは16ビットの温度と湿度のレジスタに表示されましたが、どういうわけか奇妙に見えます。 また、温度と湿度の場合、両方のバイトは互いに等しくなります。 これは少なくとも疑わしいです。 理解する必要があります。 交換プロトコルのエラーの検索と遅延の確認に1時間かかります。 何も役に立たない、もう一度データシートに深く入り込む必要がある。 ああ...はい、私は間違っていませんでした。 まあ、STM開発者はプログラマーへの贈り物を準備できませんでした。 センサーにはレジスタがほとんどなく、1バイトで十分にアドレス指定できます。 1バイトの読み取りまたは書き込みを行うと、すべて問題ありません。 しかし、I2C仕様によると、一度に数バイトの読み取りと書き込みを行うことができ、プログラムでこの機能を積極的に使用しています。 主なものは、最初の場合、各バイトの後に確認ビットを送信し、2番目の場合、センサーがそれを返したかどうかを確認することです。 しかし、STMのエンジニアは彼らのノウハウを紹介しました。



1バイトの読み取りまたは書き込み後、カウンターが1つ増えて次のバイトに移動する必要があることがわかります。レジスタアドレス（SUB）のバイトの最上位ビットを1に設定する必要があります。 それ以外の場合は、青に変わるまで同じレジスタを操作します。 素晴らしく、そして最も重要なのは、どれほど理解しにくいかです。 これはなぜですか？

松葉杖を標準プロトコルに追加します。

 if (ByteCount>1) SUB[1]|=0x80;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

敗北なしの勝利はない

読み取られたデータは、その多様性に満足し始めますが、どのオウムがそれらを測定しますか？ 読み取り値は非常に奇妙に見えます。 このデータシートを最初から最後まで読むまで、このセンサーでおを調理することはないようです。



これは待ち伏せです！ 度とパーセントで具体的な結果を得るには、計算を行う必要があることがわかります。 特定のレジスタからキャリブレーションデータを抽出し、区分的線形近似を使用して値を計算します。 Cでコードを書くのが難しいというわけではありませんが、データシートを注意深く調べることは避けられません。 コード量が増加し、その結果、別の問題が発生しました-マイクロコントローラーのメモリが不足しています。 回路設計者は元々、わずか16キロバイトのフラッシュで石を敷き、湿度センサーのポーリングはそれに割り当てられたタスクのほんの一部です。 32ビットマイクロコントローラー以降、コードと定数には4Kワードしかありません。 重いHAL fireを使用していないという事実を考慮しても、これは非常に小さいです。 メモリの2倍のサイズのマイクロコントローラーの新しいバージョンを購入することを約束されました。 調子はどう？ プロジェクトマネージャーを呼び出します。 新しい石はすでに到着していますが、ボードにはんだ付けされていません。 ボードでエラーが検出されなかったことを報告するのを待っていることがわかりました。 さて、私は報告して答えを得ます-週の終わりには、石の花があなたに積まれるかもしれません。 もちろん、ボードは複雑ではなく、自分ではんだ付けすることもできますが、チップは非常に小さく、ヘアドライヤーでの手間のかかるはんだ付けが必要です。 しかし、このプロジェクトのインスタレーションで特別に訓練された人々がいます。特に私のスケジュールが非常にきつく、時間を費やす以外にできることは何もないので、なぜ彼らを仕事から離れるのですか。



この状況では、デバッグなしでは前進できません。 計算のためにスペースを空けるために、すでに書かれたコードの一部をコメントアウトする必要があります。



線形近似問題はあまり複雑に見えませんが、









しかし、STMの魔術師を知ることは、既成のソリューションを探す方が良いです。 10分間のサーフィンをすると、計算方法の説明とCコードの断片を含むアプリケーションが表示されます 。

なぜ困難なことだけを行うのですか？

プログラムにコピーします。 ここがランチタイムです。 地平線上の森の小片を切望して見て、それはシシカバブのようではないようですが、自然の中でのピクニックでさえ今日キャンセルされています。 夕食は少し元気づけられ、応用の詳細な研究に力があります。 キャリブレーション値を持つレジスタを理解しています。 最初に、彼らの組織は私を困惑させ、それは笑いを引き起こし、ほとんどヒステリックになります。 STM製品であっても、やり過ぎが感じられます。 この時点で、私はもっと詳しく説明したいと思います。











写真を見て、思考の流れを評価しようとします。 表の最初の列では、アドレスは16進形式で、2番目の名前、3番目のデータ型で、その後にビットの説明が続きます。



値がs16としてマークされていると、すべてが明確になります-16ビット署名され、標準の追加形式で表示されます。



30番地と31番地にいる人はさらに楽しいです。 それらは8ビットです。 しかし、計算でそれらを使用するには、それらの値を2つに分割する必要があります。 最下位ビット。 上位7ビットをレジスタに入れて、最も古いビットをゼロのままにするのは本当に困難でしたか？



しかし、これらはまだ花でした。 ベリーは、アドレス32と33に8ビット値を使用しました。さらに2ビットが不足していることがわかりました-9番目と10番目。 何らかの理由で、アドレス35のレジスタに格納されます。このレジスタには、1つのレジスタからの2つの上位ビットと32のレジスタから2つの上位ビットが含まれています。 それぞれに2バイトを割り当てて安全に値を書き込むのは簡単ではありません。すべて同じで、アドレス35のレジスタは空です。



しかし、それだけではありません。 操作の結果、10ビットのレジスタが得られますが、計算にはそれらの上位7ビットのみが必要であることがわかります。 そのため、3つの最下位ビットを破棄する必要があります; 値を8で除算し 、その後のみ式に代入する必要があります 。



つまり、計算に必要なのは7ビットだけです。 これらの操作が8ビットレジスタに簡単に収まるのに、なぜこれらすべての操作が要求されるのでしょうか。



本当にある種の脳破裂。 アドレスが30〜31のレジスタ内の情報は次のようになります。











情報を抽出するために、想像を絶する宙返りをする必要はなく、レジスタのメモリにはまだ余分なビットが残っています。

水星への旅

さて、私はアップストリームで与えられたプログラムをチェックしています。 すべてが説明に非常に似ているようです。 ただし、最後から2行目は次のとおりです。









相対湿度が1000パーセントを超える場合、1000パーセントと見なします。



クラス。



その結果、実際に測定結果を最終的に確認しているので、2時間も経っていません。 彼は私を怖がらせます。 センサーは、私の部屋の気象条件が、想像上の水星の海の底のくぼみに非常に近いことを示しています。 温度は摂氏500度を超え、湿度は1000パーセント程度です。 私は完全に稼いだようで、エアコンをオンにします。



センサーの読み取り値がわずかに影響を受けることが判明したとき、コードのチェックを開始します。 STから大まかに書かれたテンプレートを完成させるのを控えることができませんでしたが、突然台無しになりましたか？ 30分チェックでは結果が得られません。 再度、データシートを掘り下げて、線形補間法による計算で「10」というこれらの奇妙な乗数がどこから来たのかを理解しました。 30分の丁寧な校正が結果をもたらしました-整数除算の精度を改善することを目的とした動きであることがわかりました。 確かに、出力では結果がパーセンテージではなく、湿度ではppmで、温度では摂氏温度に10を掛けた値で得られました。



私はそれらをコードから外して、突然中央の車線-29度、湿度58％に戻ろうとします。 センサーを指で押すと、温度の測定値が非常に速く34に増加します。



窓の外が暗くなり、貧しい人々が歩道に沿って戻り、モスクワの電車の仕事から戻ってきたというだけです。 さて、少なくとも公園に散歩に行き、明日の朝カザンの将軍と会話する準備をします。 彼らの会社は、Bashneftとのカップルの輸入代替で彼らの運を試してみることにしました、あなたは彼らが私から何を得ることを望み、実際に私が彼らを助けることができるかについて考える必要があります。

乾燥残渣

要するに、STは、開発者である兄弟が、単純なドライバーを作成する場合でも、マニュアルを最初から最後まで読み、さらにアプリケーションで苦痛を感じるようにすべてを行いました。

• 数バイトを読み書きする場合、レジスタアドレスを変更する必要があります。
• 実際の測定値は、キャリブレーション値を使用して計算する必要があります。
• キャリブレーション値自体は非常に奇妙な方法でメモリ内に配置され、ビットを使用してサーカス操作を実行するピースによってそこから収集する必要があります。
• アプリケーションファイルのプログラムテキストにエラーが含まれています。
• キャリブレーションおよびバックアップレジスタは無料で記録できるように開いています。 誤って新しい値を記録すると、計算中に結果が歪むことになります。
• 相対湿度は簡単に100％を超える可能性があり、これはメーカーをまったく気にしません。

最も単純なドライバーを作成する過程で私が遭遇した上記の問題は、1営業日半以上かかり、新人は数日間仕事を提供することができました。



回路エラー、ハードウェアの問題、通信プロトコルのニュアンス、および通信回線の品質が、チップの奇妙さと説明の不正確さに加えられた場合、ある種のPLCモデム用のドライバーを作成することについて言えることは何ですか。 マイクロコントローラがオンザフライでデータを読み取り、エンコード/デコードする必要があり、割り込みメカニズムを使用して、メモリアクセスを最大限にダイレクトする必要がある場合。 さらに、コードは「シャドウモード」で実行し、メインプログラムのコースへの影響を最小限に抑える必要があります。



製造業者は、時にはあまり心地よいニュアンスについて意図的に黙っていたり、あまり信頼できない情報を提供したりするという事実については話していません。



そのような状況では、経験、回路の十分な知識、およびデバイスの物理学がないため、開発者は非常に厳しい状態にならなければなりません。

結果を報告する時が来ました

そして最後に、このセンサーを設計に使用することに決めた人の生活を楽にするようにします。 対応するソフトウェアモジュールのコードの下に公開します。 マイクロコントローラ、交換バス、ポーリングに使用される接続ポートの数など、特定の実装に大きく依存しているため、低レベルのI2Cデータ交換機能は含まれていません。



センサーとのデータ交換は、I2Cインターフェースを介して実行されます。 標準プロトコルをサポートする2つの関数が使用されます;それらを自分で記述するか、標準ライブラリで検索する必要があります。

下の図に示すプロトコルに従って、データを記録するためのもの

 int WRsubAddr(unsigned char SAD,unsigned char SUB, unsigned char *data,unsigned int ByteCount);
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

データを読み取る2番目

 int RDsubAddr(unsigned char SAD,unsigned char SUB, unsigned char *data,unsigned int ByteCount);
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

データ - データバッファ

ByteCount-読み書きされたバイト数。

プログラムコードは非常にシンプルで、コメントが豊富に提供されています。 センサードライバーが初期化されると、計算用の定数がそこから読み取られ、別の構造に配置されます。 また、読み取られて読み取り可能な形式に変換される読み取り値も含まれます。

このプログラムコードは、多忙な2日間のディスカッションプロセスの後に変更されました。 レジスタH0_rH_x2、H1_rH_x2、H0_T0_OUT、H1_T0_OUTの下位ビットを使用して、変換の精度を高めようとしました。 温度を計算する場合、これは結果に大きな影響を与えませんでした;湿度の場合、それは不十分な結果につながりました。 計算に浮動小数点型を使用することで、読み取り値を実際の読み取り値に大幅に近づけることができました。 32ビットマイクロコントローラーの場合、浮動小数点数の計算はそれほど難しいタスクではなく、このセンサーを使用する場合の高速計算は必要ありません。 この特定のバージョンのプログラムを読者の注意を喚起します。

議論に参加したすべてのユーザー、特にmdn -tech 、 olartamonov、およびlorcに感謝します。 さらに、イノベーションの中でも、執筆後に記事を編集する可能性をカバーしていなかったという事実に、Habrチームに感謝します。 これにより、コメントのディスカッションの結果に応じてコンテンツを変更できます。 私はこの機会を利用しようとします-私はエラーを修正し、時には興味深い情報を追加します。 何度か繰り返した後、記事はより面白くなり、トピックをより完全に反映し、最も重要なことにはエラーが含まれていません。

ヘッダーファイルコード

 #ifndef HTS221_H #define HTS221_H #include "i2c.h" //       #define adr_H_OUT 0x28 #define adr_T_OUT 0x2A //    #define adr_H0_rH_x2 0x30 #define adr_H1_rH_x2 0x31 #define adr_T0_degC_x8 0x32 #define adr_degC_x8 0x33 #define T1_T0_msb 0x35 #define adr_H0_T0_OUT 0x36 #define adr_H1_T0_OUT 0x3A #define adr_T0_OUT 0x3C #define adr_T1_OUT 0x3E //    #define adr_WHO_AM_I 0x0F #define adr_AV_CONF 0x10 #define adr_CTRL_REG1 0x20 #define adr_CTRL_REG2 0x21 #define adr_CTRL_REG3 0x22 #define adr_STATUS_REG 0x27 //  HTS221   I2C #define addr_HTS221 0x5F typedef struct { //        HTS221 //   float H_OUT;//   //    float H0_rH; float H1_rH; float H0_T0_OUT; float H1_T0_OUT; float T_OUT;//   //    float T0_degC; float T1_degC; float T0_OUT; float T1_OUT; float Humidity; float Temperature; } THTS221str; THTS221str HTS221str; unsigned char DevCodeRead(void); unsigned int InitHTS221CalibrTab(void); int HTS221_Get_Humidity(void); int HTS221_Get_Temp(void); #endif
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

SIプログラムコード

 #include "HTS221.h" int WRHTS221reg(unsigned char addrREG, unsigned char *data,unsigned char ByteCount) {// count     if (ByteCount>1) addrREG|=0x80;//        return WRsubAddr(addr_HTS221,addrREG,data,ByteCount); } int RDHTS221regs(unsigned char addrREG, unsigned char *data,unsigned int ByteCount) {//         addrREG if (ByteCount>1) addrREG|=0x80;//        return RDsubAddr(addr_HTS221,addrREG,data,ByteCount); } unsigned char DevCodeRead(void) {//  ,       1   unsigned char Code[2]; if (!RDHTS221regs(0xF,Code,1)) return 0; if (Code[0]==0xBC) return 1; else return 0; } unsigned int InitHTS221CalibrTab(void) { unsigned char buffer[4]; short tmpi; buffer[0]=0x86;//power down OFF, 1 HZ read if (!WRHTS221reg(adr_CTRL_REG1,buffer,1)) return 0; if (!DevCodeRead()) return 0; // 1. Read H0_rH and H1_rH coefficients if (!RDHTS221regs(adr_H0_rH_x2,buffer,2)) return 0; HTS221str.H0_rH = (buffer[0]/2); HTS221str.H1_rH = (buffer[1]/2); //2. Read H0_T0_OUT if (!RDHTS221regs(adr_H0_T0_OUT,(unsigned char*)(&tmpi),2)) return 0; HTS221str.H0_T0_OUT=tmpi; //3. Read H1_T0_OUT if (!RDHTS221regs(adr_H1_T0_OUT,(unsigned char*)(&tmpi),2)) return 0; HTS221str.H1_T0_OUT=tmpi; // 1. Read from 0x32 & 0x33 registers the value of coefficients T0_d egC_x8 and T1_de gC_x8 // 2. Read from 0x35 register the value of the MSB bits of T1_deg C and T0_deg C if (!RDHTS221regs(adr_T0_degC_x8,buffer,4)) return 0; HTS221str.T0_degC = (buffer[0]>>3)+(0x60&(buffer[3]<<5)); HTS221str.T1_degC = (buffer[1]>>3)+(0x60&(buffer[3]<<3)); //3. Read from 0x3C & 0x3D registers the value of T0_OUT if (!RDHTS221regs(adr_T0_OUT,(unsigned char*)(&tmpi),2)) return 0; HTS221str.T0_OUT=tmpi; //4. Read from 0x3E & 0x3F registers the value of T1_OUT if (!RDHTS221regs(adr_T1_OUT,(unsigned char*)(&tmpi),2)) return 0; HTS221str.T1_OUT=tmpi; return 1; } int HTS221_Get_Humidity(void) { short tmp; //4. Read H_T_OUT if (!RDHTS221regs(adr_H_OUT,(unsigned char*)(&tmp),2)) return 0; /*5. Compute the RH [%] value by linea r interpolation */ HTS221str.H_OUT=tmp; HTS221str.Humidity = ((HTS221str.H_OUT - HTS221str.H0_T0_OUT) * (HTS221str.H1_rH - HTS221str.H0_rH))/(HTS221str.H1_T0_OUT - HTS221str.H0_T0_OUT) + HTS221str.H0_rH; /* Saturation condition*/ if (HTS221str.Humidity>100) HTS221str.Humidity =100; return 1; } int HTS221_Get_Temp(void) { short tmp; //4. Read H_T_OUT if (!RDHTS221regs(adr_T_OUT,(unsigned char*)(&tmp),2)) return 0; /*5. Compute the RH [%] value by linea r interpolation */ HTS221str.T_OUT=tmp; HTS221str.Temperature = ((HTS221str.T_OUT - HTS221str.T0_OUT) * (HTS221str.T1_degC - HTS221str.T0_degC))/(HTS221str.T1_OUT - HTS221str.T0_OUT)+ HTS221str.T0_degC; return 1; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

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最終調査

製造業者は、センサーにはすでに結果を処理するためのデジタル信号プロセッサが含まれていると述べました。 次に、最も簡単な計算を実装してデータをユーザーフレンドリーな形式で提供することが不可能だった理由。 まあ、彼は忙しすぎますが、少なくともキャリブレーションレジスタを通常の方法で配置する必要はありません。 最も単純なデモコードに単純なバグがあるのはなぜですか？ そして、さらに多くの理由。