0.概述

  本次需要通过TI的TL2518芯片进行ADC采样。该芯片为SPI接口，具有八个通道，可以全部配置成AIN进行采样，本次需要探究如何该如何配置才能将芯片的采样率达到最大。

1.TLA2158

  首先要陈列一下该芯片的一些特性，为节省篇幅，此处只罗列最关键的特性，该芯片的详细描述请查看其手册。

1.1.1寄存器读写

  该芯片虽然是SPI接口，但是数据帧格式没有完全遵守SPI的标准格式，因此配置主机的SPI时，CS必须选择软件控制。

  以上是其读写的时序，下面是我选用的SPI配置，这是从某开发板的例程上抄的。至于SPI的时间频率，建议选大一点，因为TL2518芯片SPI接口最快可以接受30MHz的SPI_CLK。

void SPI2_Init(u32 datasize)
{
    SPI2_Handler.Instance=SPI2;                         //SPI2
    SPI2_Handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER;             //设置SPI工作模式，设置为主模式
    SPI2_Handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES;   //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线模式
    SPI2_Handler.Init.DataSize=datasize;               //设置SPI的数据大小:寄存器读写时8bit；读数据时16bit
    SPI2_Handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_LOW;    //串行同步时钟的空闲状态为高电平
    SPI2_Handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_1EDGE;         //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
    SPI2_Handler.Init.NSS=SPI_NSS_SOFT;                 //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
    SPI2_Handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
    SPI2_Handler.Init.FirstBit=SPI_FIRSTBIT_MSB;        //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
    SPI2_Handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE;        //关闭TI模式
    SPI2_Handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//关闭硬件CRC校验
    SPI2_Handler.Init.CRCPolynomial=7;                  //CRC值计算的多项式
    HAL_SPI_Init(&SPI2_Handler);//初始化
    
    __HAL_SPI_ENABLE(&SPI2_Handler);                    //使能SPI2
	
//    SPI2_ReadWriteByte(0Xff);                           //启动传输
}

//SPI5底层驱动，时钟使能，引脚配置
//此函数会被HAL_SPI_Init()调用
//hspi:SPI句柄
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
    
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();       //使能GPIOB时钟
    __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();        //使能SPI2时钟
    
    //PB13,14,15
    GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;
    GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;              //复用推挽输出
    GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;                  //上拉
    GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;        //快速            
    HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);
}

void SPI2_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
    assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));//判断有效性
    __HAL_SPI_DISABLE(&SPI2_Handler);            //关闭SPI
    SPI2_Handler.Instance->CR1&=0XFFC7;          //位3-5清零，用来设置波特率
    SPI2_Handler.Instance->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;//设置SPI速度
    __HAL_SPI_ENABLE(&SPI2_Handler);             //使能SPI
    
}

1.1.2数据帧格式

  TL2518的ADC分辨率为12bit，这意味着每次仅读回一字节数据是根本不够的，你必须按照半字读回，但多出来的四位也不会浪费，因为该芯片可以启用ID APPEND模式，在每帧数据的末尾附上所采样的通道ID。至于那个16bit的数据帧，则是开启了芯片过采样，这会降低你的总采样率，但是却能提高单次的采样分辨率。

  利用ID APPEND模式，我们可以在不启用CRC的前提下，也能保证每次数据帧的正确性，你只需要解码ID即可。以下展示一下我的芯片寄存器是如何配置的。里面的一些宏定义没有完整展示，但你只要看芯片手册就能理解了，建议找一下官方写的TLA2528.h头文件这样你就不要自己去定义每个寄存器了。本随笔的重点在于后面如何配置来完成纯硬件驱动SPI来达到最高采样率的ADC采样。

/*************************************************
*   写入一串字符
*
*   @param  void
*   @return void
*   @author Chanlin
**************************************************/
static void TLA_WriteBytes(uint8_t bytes[],uint32_t size){
    TLA_CS = 0;
    while(size -- > 0){
//        printf("byte:%x\t",*bytes);
        TLA_SPIReadWriteByte(*(bytes++));
        
//        bytes++;
    }
    TLA_CS = 1;
//    printf("\r\n");
}

/*************************************************
*   完成一次寄存器写入操作
*
*   @param  void
*   @return void
*   @author Chanlin
**************************************************/
static void TLA_WriteReg(Reg addr,Data data){
    // 先简单实现一下
    uint8_t bytes[3]; // 设置spi frame {WR_REG,addr,data}
    
    bytes[0] = WR_REG;
    bytes[1] = addr;
    bytes[2] = data;
    
    TLA_WriteBytes(bytes,3);
//    delay_us(2);
    
}

/*************************************************
*   完成一次寄存器读取操作
*
*   @param  void
*   @return void
*   @author Chanlin
**************************************************/
static void TLA_ReadReg(Reg addr,Data* data){
    // 先简单实现一下
    uint8_t bytes[3]; // 读取数据帧     {RD_REG,addr,DUMMY};
     
    bytes[0] = RD_REG;
    bytes[1] = addr;
    bytes[2] = DUMMY;
    
    // 写入读取帧
    TLA_WriteBytes(bytes,3);
    // 读出数据
    TLA_CS = 0;
    *data=TLA_SPIReadWriteByte(DUMMY);
    TLA_CS = 1;

    // 解码完成后，读回数据
//    *data=TLA_SPIReadWriteByte(DUMMY);
}


// 以下是对寄存器的配置
// 读写检查
    TLA_WriteReg(GENERAL_CFG,0x01); // soft reset
    delay_ms(20); // wait for the reset completing

     TLA_ReadReg(GENERAL_CFG,&data); // soft reset
     printf("GENERAL_CFG:%x\r\n",data);
     
     TLA_ReadReg(OSR_CFG,&data); // soft reset
     printf("OSR_CFG:%x\r\n",data);
    
    TLA_ReadReg(SYSTEM_STATUS,&data);
    printf("chip sys status:%x\r\n",data);
    if(data != 0x81){
        if(data == 0xc1) printf("chip sequence is ongoing\r\n");
        else printf("Cannot access the chip\r\n");
    }

    // timing
//    TLA_WriteReg(OPMODE_CFG,0x0); // 默认高速时钟源，如果你发现时钟不对或者想要修改

    // pin
//    TLA_WriteReg(PIN_CFG,0x00); // 全部设置为 AIN(默认)
//        TLA_ReadReg(PIN_CFG,&data);
//        printf("PIN_CFG:%x\r\n",data);
    
    // DATA
    TLA_WriteReg(DATA_CFG,0x10);  // 默认无debug，有ID APPEND，请检查此处时序设置是否正确
            TLA_ReadReg(DATA_CFG,&data);
        printf("DATA_CFG:%x\r\n",data);
    // mode
    TLA_WriteReg(AUTO_SEQ_CH_SEL,0xFF); // 默认通道全选
    TLA_ReadReg(AUTO_SEQ_CH_SEL,&data);
        printf("SEQ_CH:%x\r\n",data);
    
    TLA_WriteReg(SEQUENCE_CFG,0x11);    // 默认使用auto-sequence mode且打开
    TLA_ReadReg(SEQUENCE_CFG,&data);
        printf("SEQUENCE_CFG:%x\r\n",data);
        TLA_CS =1;
//    
        TLA_ReadReg(PIN_CFG,&data);
        printf("PIN_CFG:%x\r\n",data);
    // 使用manual试下
//    TLA_WriteReg(CHANNEL_SEL,1);

    // ADC offset Calib
        while(1){
        TLA_ReadReg(GENERAL_CFG,&data);
//        printf("ADC offset Calib:%x\r\n",data);
        if((data >> 1 & 0x1) == 0 && (data >>2 &0x01) == 1) break;
        
// 非常重要的一点是，配完TLA2518的寄存器后，不要忘记把主机的SPI改成16bit的数据帧格式
__HAL_SPI_DISABLE(&SPI2_Handler);
    SPI2_Handler.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_16BIT;
  HAL_SPI_Init(&SPI2_Handler);//初始化
  __HAL_SPI_ENABLE(&SPI2_Handler);
  SPI2_SetSpeed(SPI_BAUDRATEPRESCALER_2); //设置为42M时钟,高速模式

1.2.1采样时间

  该芯片可选时钟，但一般也不会在慢时钟源下运行，尤其是在用于ADC模式下，采样率越高越好。而该芯片最快采样率为1MHz，但考虑到其有八个通道，如果全开的话，分配到每个通道上最快也就125KHz。

1.2.2采样通道切换模式

  TLA2518提供了三种通道切换模式分别是Mannual、On-the-fly和Auto-Sequence模式，这里仅介绍之后会用的Auto-Sequence模式（其实用on-the-fly模式也能实现）。

在使用这一模式时，你只需在最开始往寄存器中写好你要采样的通道，在上面展示的配置中，我把八个通道全开了。然后，你需要达到三个条件才能让整个时序动起来并读到你想要的数据。

• 1.控制CS引脚生成上升沿和下降沿；
• 2.控制SPI生成时钟，如果你是主机的话；
• 3.从SPI-DR寄存器中读取数据到内存，这样才能使用；

  这三个条件放在一起时，很容易联想到采用PWM控制CS引脚，采用DMA来让SPI进行自动的收发，最终实现整个时序。

2.实现

  毫无疑问，这里需要用的的片上外设资源包括：一个定时器的通道（要被配置成PWM），两个DMA(一个触发源为TIM_CH，一个触发源为SPI_RX)。以下是TIM的配置，当然也是抄的例程。

/*************************************************
*
*
*   @param  void
*   @return void
*   @author Chanlin
**************************************************/
void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
    TIM3_Handler.Instance=TIM3;          	//定时器3
    TIM3_Handler.Init.Prescaler=psc;       //定时器分频
    TIM3_Handler.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP;//向上计数模式
    TIM3_Handler.Init.Period=arr;          //自动重装载值
    TIM3_Handler.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_PWM_Init(&TIM3_Handler);       //初始化PWM
    
    TIM3_CH4Handler.OCMode=TIM_OCMODE_PWM1; //模式选择PWM1
    TIM3_CH4Handler.Pulse=arr/2;            //设置比较值,此值用来确定占空比，默认比较值为自动重装载值的一半,即占空比为50%
    TIM3_CH4Handler.OCPolarity=TIM_OCPOLARITY_HIGH; //输出比较极性为低 
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM3_Handler,&TIM3_CH4Handler,TIM_CHANNEL_4);//配置TIM3通道2
	SET_BIT(TIM3_Handler.Instance->DIER,TIM_DIER_CC4DE_Msk);
    HAL_TIM_PWM_Start(&TIM3_Handler,TIM_CHANNEL_4);//开启PWM通道2

	 	   
}

/*************************************************
*
*
*   @param  void
*   @return void
*   @author Chanlin
**************************************************/
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
	
    if(htim->Instance==TIM3)
	{
		__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();			//使能定时器3
//		__HAL_AFIO_REMAP_TIM3_PARTIAL();		//TIM3通道引脚部分重映射使能
		__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();			//开启GPIOB时钟
		
		GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_1;           	//PB1
		GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;  	//复用推挽输出
		GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;          //上拉
		GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;//高速
		HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure); 	
	}
}

以下是DMA的配置，这个真是我自己写的

/*************************************************
*   完成一次寄存器读取操作
*
*   @param  void
*   @return void
*   @author Chanlin
**************************************************/
static void ConfigDMA(){
    	__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();			//DMA1时钟使能 

    __HAL_LINKDMA(&SPI2_Handler,hdmarx,SPIxDMA_Handler);    		//将DMA与SPI联系起来(发送DMA)
    __HAL_LINKDMA(&SPI2_Handler,hdmatx,SPIxDMA_HandlerTX);    		//将DMA与SPI联系起来(发送DMA)

    //Rx DMA配置
    SPIxDMA_Handler.Instance=DMA1_Channel4;                            		//通道选择
    SPIxDMA_Handler.Init.Direction=DMA_PERIPH_TO_MEMORY;             //存储器到外设
    SPIxDMA_Handler.Init.PeriphInc=DMA_PINC_DISABLE;                 //外设非增量模式
    SPIxDMA_Handler.Init.MemInc=DMA_MINC_ENABLE;                     //存储器增量模式
    SPIxDMA_Handler.Init.PeriphDataAlignment=DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;    //外设数据长度:8位
    SPIxDMA_Handler.Init.MemDataAlignment=DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;       //存储器数据长度:8位
    SPIxDMA_Handler.Init.Mode=DMA_CIRCULAR;                          //外设循环模式
    SPIxDMA_Handler.Init.Priority=DMA_PRIORITY_HIGH;               //中等优先级
    
    HAL_DMA_DeInit(&SPIxDMA_Handler);   
    HAL_DMA_Init(&SPIxDMA_Handler);
    __HAL_DMA_ENABLE(&SPIxDMA_Handler);
    
    // TX
    SPIxDMA_HandlerTX.Instance=DMA1_Channel3;                            		//通道选择
    SPIxDMA_HandlerTX.Init.Direction=DMA_MEMORY_TO_PERIPH;             //存储器到外设
    SPIxDMA_HandlerTX.Init.PeriphInc=DMA_PINC_DISABLE;                 //外设非增量模式
    SPIxDMA_HandlerTX.Init.MemInc=DMA_MINC_ENABLE;                     //存储器增量模式
    SPIxDMA_HandlerTX.Init.PeriphDataAlignment=DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;    //外设数据长度:8位
    SPIxDMA_HandlerTX.Init.MemDataAlignment=DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;       //存储器数据长度:8位
    SPIxDMA_HandlerTX.Init.Mode=DMA_CIRCULAR;                          //外设循环模式
    SPIxDMA_HandlerTX.Init.Priority=DMA_PRIORITY_MEDIUM;               //中等优先级
    
    HAL_DMA_DeInit(&SPIxDMA_HandlerTX);   
    HAL_DMA_Init(&SPIxDMA_HandlerTX);
    __HAL_DMA_ENABLE(&SPIxDMA_HandlerTX);
    

    if (HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(&SPI2_Handler, 
                                     (uint8_t*)dummy_data,                          // 发送缓冲区
                                     (uint8_t*)s_arrAINChannelVal,             // 接收缓冲区
                                     TLA2518_CHANNEL_MAX) != HAL_OK) {
        // 启动失败处理
        printf("SPI DMA start failed!\r\n");
    }
                                    
}

  在完成这些配置后，只需要控制TIM3输出的PWM的频率和占空比即可完成全自动的收发。考虑芯片的采样时钟特性，建议每周期1us以下，占空比进行调整，让每周期的CS低电平时间在50-100ns，高电平稍微占比多一点。