在我們的產品中經常有需要溫度檢測的地方，而熱電偶溫度檢測電路是我們常用的。熱電偶溫度檢測的方法很多，有時出于簡單方便的考慮我們會選擇熱偶溫度變送器來實現，這一篇我們就來討論使用MAX31856熱電偶溫度變送器實現溫度的檢測。

1、功能概述

MAX31856可以對任何類型熱電偶的信號進行冷端補償和數字轉換，輸出數據以攝氏度為單位。轉換器溫度分辨率達0.0078125°C，允許讀取+1800°C、-210°C(取決于熱電偶類型)的溫度讀數，熱電偶電壓測量精度達±0.15%。熱電偶輸入端提供±45V過壓保護。

MAX31856內部的查找表(LUT)儲存不同類型熱電偶(K、J、N、R、S、T、E和B)的線性修正數據。而且MAX31856還具備50H和60Hz電網頻率濾波，也是熱電偶故障檢測頻率。SPI兼容接口允許選擇熱電偶類型并設置轉換和故障檢測過程。
熱電偶功能是檢測熱電偶線兩端的溫度差。可在熱電偶的額定工作溫度范圍內測量其檢測端(常稱為“熱"端)，關于熱電偶測溫范圍：

MAX31856將冷端溫度數據儲存在寄存器0Ah和0Bh。使能冷端溫度檢測時，這些寄存器為只讀，其中包含實測冷端溫度加冷端失調寄存器的數值。冷端溫度檢測使能時，讀取寄存器操作將DRDY引腳復位為高電平。應通過多字節傳輸讀取該寄存器的兩個字節，以確保兩個字節的數據來自同一次溫度更新。禁止冷端溫度檢測時，這些寄存器為可讀/寫寄存器，其中包含的實測溫度值。如果需要，禁止內部冷端檢測時，可將來自外部溫度傳感器的數據寫入這些傳感器。冷端溫度鉗位在128°C，小溫度鉗位在-64°C。

由于所有熱電偶都具有非線性，必須對冷端補償后的原始值進行線性修正，并轉換為溫度值。為實現這一處理，利用LUT產生經過線性化和冷端補償的溫度值；每次轉換后，將其作為19位數據儲存在線性化熱電偶溫度寄存器(0Ch、0Dh和0Eh)中。應通過多字節傳輸讀取全部三個字節，以確保所有數據來自于同一次數據更新。關于線性化熱電偶溫度數據格式，

與MAX31856的通信通過16個包含轉換、狀態和配置數據的8位寄存器實現，全部設置均通過選擇相應寄存器單元的對應地址完成，寄存器存儲器映射所示為溫度、狀態和配置寄存器的地址。存取寄存器時，使用地址0Xh為讀操作，地址8Xh為寫操作。讀寫數據時，寄存器MSB在前。如果對只讀寄存器執行寫操作，不改變該寄存器的值。

2、驅動設計與實現

我們了解了MAX31856熱偶溫度變送器的基本情況，接下來我們考慮如何實現MAX31856熱偶溫度變送器的驅動程序。

2.1、對象定義

我們依然是基于對象的概念來實現驅動程序的設計。 所以我們首先來考慮對象類型的定義。
作為一個對象至少包含有屬性和操作。 我們先來分析一下MAX31856熱偶溫度變送器對象的屬性有哪些。 MAX31856熱偶溫度變送器擁有16個寄存器，這些寄存器標識了MAX31856熱偶溫度變送器當前時刻所處的狀態，所以我們將它們定義為屬性。 同時考慮到記錄當前時刻讀取的溫度轉換值和根據物理量程轉換的溫度值，所以我們將目標溫度及冷端溫度的ADC轉換值及物理量值作為MAX31856熱偶溫度變送器對象的屬性。
接下來我們考慮一下MAX31856熱偶溫度變送器對象需要實現哪些操作。 我們只考慮與具體平臺依賴性較強的操作。 對于MAX31856熱偶溫度變送器對象，當其完成AD轉換回給出一個就緒指示，我們需要實時的檢測這個信號，并且這個過程依賴于具體的軟硬件平臺，所以我們將檢測過程設計為對象的操作。 我們使用MAX31856熱偶溫度變送器需要對其進行讀寫，這一過程也同樣依賴于具體的軟硬件平臺，所以我們也將其作為對象的操作。 另外MAX31856用一個片選信號，在實現總線操作時我們需要以此來選擇目標器件，所以我們也將其作為對象的操作。 根據前述對屬性和操作的分析，我們可以定義對象類型如下：

復制/*定義MAX31856對象類型*/typedef struct Max31856Object {    uint8_t regValue[16];    uint32_t mDataCode;    uint32_t rDataCode;    float mTemperature;     //TC測量溫度    float rTemperature;      //冷端溫度    uint8_t (*Ready)(void);    void (*ReadData)(uint8_t *rData,uint16_t rSize);    void (*WriteData)(uint8_t *wData,uint16_t wSize);    void (*ChipSelcet)(Max31856CSType cs);     //片選信號}Max31856ObjectType;

我們已經定義了對象類型，使用對象類型l可以聲明類型變量，但類型變量必須要初始化才能使用，所以我們還需要設計一個對象的初始化函數。 在這個初始化函數中，我們需要將對象變量以及具體應用相關的屬性及操作作為參數傳入，并對對象的各個屬性及操作函數指針賦初值。 具體實現如下；

復制/*初始化MAX31855對象*/void Max31856Initialization(Max31856ObjectType *tc,         //MAX31856對象變量                            Max31856Ready ready,            //就緒信號                            Max31856ReadDataType read,      //讀MAX31856函數指針                            Max31856WriteDataType write,    //寫MAX31856函數指針                            Max31856ChipSelcetType cs       //片選操作函數指針                                ){    uint8_t regValue=0;    uint8_t rData[16]={0};    if((tc==NULL)||(ready==NULL)||(read==NULL)||(write==NULL))    {        return;    }    tc->Ready=ready;    tc->ReadData=read;    tc->WriteData=write;    if(cs!=NULL)    {        tc->ChipSelcet=cs;    }    else    {        tc->ChipSelcet=DefaultChipSelect;    }    tc->mDataCode=0;    tc->rDataCode=0;    tc->mTemperature=0.0;    tc->rTemperature=0.0;    tc->ChipSelcet(Max31856CS_Disable);    regValue=0x81;    WriteRegister(tc,REG_CR0,regValue);    ReadRegister(tc,REG_CR0,rData,16);    for(int i=0;i<16;i++)    {        tc->regValue[i]=rData[i];    }}

2.2、對象操作

我們定義了對象類型并實現了初始化函數，接下來我們需要考慮要對MAX31856熱偶溫度變送器執行整么樣的操作，畢竟得到數據才是我們的目的。 我們考慮到需要設置相應的寄存器以實現相應功能，同時也需要獲取寄存器的值以得到設備狀態，或者從MAX31856熱偶溫度變送器獲取測量數據。
我們先來看怎么讀取寄存器的值。 我們讀取寄存器的值用于判斷MAX31856當前的運行狀態，前面我們已經敘述過寄存器的地址及功能，而讀寄存器的時序要求如下：

根據前面的描述及上述時序圖的要求可以編寫讀寄存器的函數如下：

復制/*讀寄存器操作*/static void ReadRegister(Max31856ObjectType *tc,uint8_t regAddr,uint8_t *rData,uint8_t rSize){    uint8_t wData=regAddr;    if(rSize<1)    {        return;    }    tc->ChipSelcet(Max31856CS_Enable);    tc->WriteData(&wData,1);    tc->ReadData(rData,rSize);    tc->ChipSelcet(Max31856CS_Disable);}

同樣我們寫寄存器時，我們根據前述寄存器的相關描述和寫寄存器的時序圖來實現。 寫寄存器的時序圖如下：

根據上述描述我們可以實現寫寄存器值的函數如下：

復制/*寫寄存器操作*/static void WriteRegister(Max31856ObjectType *tc,uint8_t regAddr,uint8_t value){    uint8_t wData[2];    if(regAddr>11)    {        return;    }    wData[0]=regAddr+0x80;    wData[1]=value;    tc->ChipSelcet(Max31856CS_Enable);    tc->WriteData(wData,2);    tc->ChipSelcet(Max31856CS_Disable);}

我們使用MAX31856的目的就是為了得到溫度測量數據，所以我們來看看如何讀取溫度數據。 溫度轉換值可以一次讀取測量數據和冷端數據，其時序圖如下：

根據上述描述我們一次性讀取6個字節的數據，具體實現如下：

復制/*獲取MAX31855測量數據*/void Max31856GetDatas(Max31856ObjectType *tc){    uint8_t rData[6]={0};    if(tc->Ready())    {        if((tc->regValue[REG_CR0]&0x80) != 0x80)        {            WriteRegister(tc,REG_CR0,0x81);            ReadRegister(tc,REG_CR0,rData,1);            tc->regValue[REG_CR0]=rData[0];        }        return;    }    ReadRegister(tc,REG_CJTH,rData,6);    tc->rDataCode=(rData[0]<<8)+rData[1];    tc->mDataCode=(rData[2]<<16)+(rData[3]<<8)+rData[4];    tc->regValue[REG_SR]=rData[5];    tc->mTemperature=CalcMeasureTemperature(tc->mDataCode);    tc->rTemperature=CalcColdEndTemperature(tc->rDataCode);}

3、驅動的使用

我們已經實現了MAX31856熱偶溫度變送器的驅動程序，這一節我們來使用該驅動程序實現一個簡單應用，以驗證驅動程序的正確性。

3.1、聲明并初始化對象

首先我們需要使用前面定義的MAC31856熱偶溫度變送器對象類型聲明一個對象變量。 在我們的系統中，總線上掛載了4個MAX31856，所以我們聲明如下：

復制Max31856ObjectType tcObj[4];

聲明的對象變量需要先初始化方可使用，而初始化函數有5個參數。 個參數是需要要初始化的對象變量的指針，而余下的4個參數則是平臺相關的操作函數指針。 這些函數的原型定義如下：

復制typedef uint8_t (*Max31856Ready)(void);typedef void (*Max31856ReadDataType)(uint8_t *rData,uint16_t rSize);typedef void (*Max31856WriteDataType)(uint8_t *wData,uint16_t wSize);typedef void (*Max31856ChipSelcetType)(Max31856CSType cs);     //片選信號

這幾個函數則是我們需要根據具體的軟硬件平臺來實現的。 由于是在同一總線上，所以讀寫函數只需統一定義就好，但偏選信號和就緒信號則需根據模塊單獨定義。 具體的函數實現如下：

復制/*溫度模塊1就緒操作函數*/static uint8_t Tc1Ready(void){    uint8_t result=1;    result=HAL_GPIO_ReadPin(TC1_RDY_GPIO_Port,TC1_RDY_Pin);    return result;}/*溫度模塊2就緒操作函數*/static uint8_t Tc2Ready(void){    uint8_t result=1;    result=HAL_GPIO_ReadPin(TC2_RDY_GPIO_Port,TC2_RDY_Pin);    return result;}/*溫度模塊3就緒操作函數*/static uint8_t Tc3Ready(void){    uint8_t result=1;    result=HAL_GPIO_ReadPin(TC3_RDY_GPIO_Port,TC3_RDY_Pin);    return result;}/*溫度模塊4就緒操作函數*/static uint8_t Tc4Ready(void){    uint8_t result=1;    result=HAL_GPIO_ReadPin(TC4_RDY_GPIO_Port,TC4_RDY_Pin);    return result;}/*SPI1寫數據操作*/static void WriteData(uint8_t *wData,uint16_t wSize){    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, wData, wSize, 1000);}/*溫度模塊1片選操作函數*/static void Tc1ChipSelcet(Max31856CSType cs){    if(Max31856CS_Enable == cs)    {        HAL_GPIO_WritePin(TC1_CS_GPIO_Port, TC1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);        return;    }    HAL_GPIO_WritePin(TC1_CS_GPIO_Port, TC1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);}/*溫度模塊2片選操作函數*/static void Tc2ChipSelcet(Max31856CSType cs){    if(Max31856CS_Enable == cs)    {        HAL_GPIO_WritePin(TC2_CS_GPIO_Port, TC2_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);        return;    }    HAL_GPIO_WritePin(TC2_CS_GPIO_Port, TC2_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);}/*溫度模塊3片選操作函數*/static void Tc3ChipSelcet(Max31856CSType cs){    if(Max31856CS_Enable == cs)    {        HAL_GPIO_WritePin(TC3_CS_GPIO_Port, TC3_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);        return;    }    HAL_GPIO_WritePin(TC3_CS_GPIO_Port, TC3_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);}/*溫度模塊4片選操作函數*/static void Tc4ChipSelcet(Max31856CSType cs){    if(Max31856CS_Enable == cs)    {        HAL_GPIO_WritePin(TC4_CS_GPIO_Port, TC4_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);        return;    }    HAL_GPIO_WritePin(TC4_CS_GPIO_Port, TC4_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);}

完成這些函數的定義后我們就可以初始化對象變量了！ 將對象變量的指針以及這些函數的指針作為參數傳遞給初始化函數，具體實現如下：

復制/*初始化MAX31856對象*/    Max31856Initialization(&tcObj[3],                           Tc4Ready,                           ReadData,                           WriteData,                           Tc4ChipSelcet                               );    Max31856Initialization(&tcObj[0],                           Tc1Ready,                           ReadData,                           WriteData,                           Tc1ChipSelcet                               );    Max31856Initialization(&tcObj[1],                           Tc2Ready,                           ReadData,                           WriteData,                           Tc2ChipSelcet                               );    Max31856Initialization(&tcObj[2],                           Tc3Ready,                           ReadData,                           WriteData,                           Tc3ChipSelcet                               );

至此我們就完成了對象變量的聲明及初始化，在后續操作中就可以使用對象變量對對應的MAX32856熱偶溫度變送器進行各種操作。

3.2、基于對象進行操作

現在我們就可以在應用中使用驅動程序完成我們想要對MAX31856進行的操作了！在這個例子中我們分別讀取4個MAX31856對象去測量值，并對這個測量值進行濾波處理。

復制Max31856GetDatas(&tcObj[0]);    tFilter[0].newValue=tcObj[0].mTemperature;    if(tcObj[0].mTemperature<0.0)    {        kF[0]=1.125;    }    aPara.phyPara.tc1Temp=Power3Polyfit(BandSmoothingFilter(&tFilter[0]),0.0,0.0,kF[0],0.0);    Max31856GetDatas(&tcObj[1]);    tFilter[1].newValue=tcObj[1].mTemperature;    if(tcObj[1].mTemperature<0.0)    {        kF[1]=1.126;    }    aPara.phyPara.tc2Temp=Power3Polyfit(BandSmoothingFilter(&tFilter[1]),0.0,0.0,kF[1],0.0);    Max31856GetDatas(&tcObj[2]);    tFilter[2].newValue=tcObj[2].mTemperature;    if(tcObj[2].mTemperature<0.0)    {        kF[2]=1.125;    }    aPara.phyPara.tc3Temp=Power3Polyfit(BandSmoothingFilter(&tFilter[2]),0.0,0.0,kF[2],0.0);    Max31856GetDatas(&tcObj[3]);    tFilter[3].newValue=tcObj[3].mTemperature;    if(tcObj[3].mTemperature<0.0)    {        kF[3]=1.125;    }    aPara.phyPara.tc4Temp=Power3Polyfit(BandSmoothingFilter(&tFilter[3]),0.0,0.0,kF[3],0.0);

到這里我們就完成了整個測試程序的編寫，運行后能夠正確讀取溫度數據，說明我們設計的驅動程序是正確的。

4、應用總結

在這一篇中我們設計并實現了MAX31856熱偶溫度變送器的驅動程序，也編寫了測試應用來驗證這一驅動程序，測試的結果符合我們的預期。事實上，這一測試應用是從我們的實際項目中提取出來的，我們設計的MAX31856熱偶溫度變送器驅動程序在實際項目中運行也符合要求。
在使用驅動程序時需要注意，在我們的應用中是一條SPI總線掛載了4個MAX31856模塊，所以需要偏選信號。如果在應用中MAX31856是硬件設定的偏選信號，則可以在初始化時使用NULL或者空函數替代。