Реализация интерфейса SPI с помощью библиотеки CH341DLL на VB.NET

автор: aave

Программирование Среда, 3 Октябрь 2018

Мы уже знакомились с микросхемами семейства CH341 и работали с ними в режиме I2C. Теперь же рассмотрим реализацию режима SPI.

Для работы нам понадобится:

1Работа с микросхемой CH341в режиме SPI

Напомню, ранее мы уже рассматривали микросхему CH341, её возможности, а также отладочную плату с микросхемой CH341A. Также мы написали базовый класс для общих методов работы с данными микросхемами и общий (базовый) для последовательных режимов класс. Поэтому дублировать эту часть кода не буду. Приведу лишь то, что относится непосредственно к режиму SPI.

Класс для работы с микросхемами CH341 в режиме SPI (разворачивается)

Imports System.Runtime.InteropServices

Namespace Ch341

    ''' <summary>
    ''' Работа с CH341 в последовательном режиме SPI.
    ''' </summary>
    Public Class SpiMaster
        Inherits Serial

#Region "CTOR"

        ''' <summary>
        ''' Открывает устройство в режиме SPI.
        ''' </summary>
        ''' <param name="index">Индекс устройства в системе, начиная с 0.</param>
        ''' <param name="isExclusive">Включить ли эксклюзивное использование чипа.</param>
        ''' <param name="isDoubleInOut">Число входов-выходов SPI, 0 = single-input single-out (D5 out / D7 in), 1 = double-in and double-out (D4,D5 out / D6,D7 in)</param>
        ''' <param name="isMsbFirst">MSB первым (стандартный режим).</param>
        ''' <param name="wires">Число проводников режима SPI.</param>
        Public Sub New(index As Integer, Optional isExclusive As Boolean = False, Optional wires As WiresCountEnum = WiresCountEnum.Wires4, Optional isMsbFirst As Boolean = True, Optional isDoubleInOut As Boolean = False)
            MyBase.New(index, isExclusive)
            Me.WiresCount = wires
            SetInOutCount(isMsbFirst, isDoubleInOut)
        End Sub

#End Region '/CTOR

#Region "ENUMS"

        ''' <summary>
        ''' Число проводников режима SPI.
        ''' </summary>
        Public Property WiresCount As WiresCountEnum = WiresCountEnum.Wires4

        ''' <summary>
        ''' Число проводов, используемых в SPI.
        ''' </summary>
        Public Enum WiresCountEnum As Integer
            ''' <summary>
            ''' 3-проводной интерфейс SPI: тактовая частота на выводе DCK2/SCL, данные на DIO/SDA (квази-двунаправленный порт), выбор чипа D0/D1/D2. 
            ''' Скорость примерно 51 кслов/с.
            ''' </summary>
            Wires3
            ''' <summary>
            ''' 4-проводной интерфейс SPI: тактовая частота на выводе DCK/D3, выходные данные DOUT/D5, входные данные DIN/D7, выбор чипа D0/D1/D2. 
            ''' Скорость примерно 68 кбайт/с.
            ''' </summary>
            Wires4
            ''' <summary>
            ''' 5-проводной интерфейс SPI: Тактовая частота на выводе DCK/D3, выходные данные DOUT/D5 и DOUT2/D4, вхродные DIN/D7 b DIN2/D6, выбор чипа D0/D1/D2.
            ''' Скорость примерно 30 кбайт*2/с.
            ''' </summary>
            Wires5
        End Enum

#End Region '/ENUMS

        ''' <summary>
        ''' Задаёт число входов-выходов SPI, 0 = single-input single-out (D5 out / D7 in), 1 = double-in and double-out (D4,D5 out / D6,D7 in).
        ''' </summary>
        ''' <param name="isMsbFirst"></param>
        ''' <param name="isDoubleInOut"></param>
        Public Sub SetInOutCount(ByVal isMsbFirst As Boolean, ByVal isDoubleInOut As Boolean)
            Dim res As Boolean = False
            Dim mode As Integer = 0
            If isDoubleInOut Then
                mode = 3
            End If
            If isMsbFirst Then
                mode = mode Or &H80
            End If
            res = CH341SetStream(DeviceIndex, mode)
            If res Then
                Return
            End If
            Throw New Exception("Ошибка выставления режима SPI.")
        End Sub

#Region "ЧТЕНИЕ И ЗАПИСЬ"

        ''' <summary>
        ''' Реализует обмен по 3-проводному интефрейсу SPI. 
        ''' Тактовая частота на выводе DCK2/SCL, данные на DIO/SDA (квази-двунаправленный ввод-вывод), выбор чипа D0/D1/D2, скорость примерно 51 кслов/с.
        ''' </summary>
        ''' <param name="iChipSelect">Выбор ведомого: 
        ''' бит 7 = 0 - выбор чипа игнорируется, бит 7 = 1 - данные валидны; 
        ''' биты 1..0 = 00/01/10 соответственно активируют D0/D1/D2 низким уровнем.</param>
        ''' <param name="iLength">Число байтов для передачи.</param>
        ''' <param name="ioBuffer">Буфер для записи в DIO, и сюда же сохраняются прочитанные с DIO данные.</param>
        <DllImport(DLL_PATH, SetLastError:=True, CallingConvention:=CallingConvention.StdCall)>
        Private Shared Function CH341StreamSPI3(ByVal iIndex As Integer, ByVal iChipSelect As Integer, ByVal iLength As Integer, ByVal ioBuffer As Byte()) As <MarshalAs(UnmanagedType.Bool)> Boolean
        End Function

        ''' <summary>
        ''' Реализует обмен по 4-проводному интефрейсу SPI. 
        ''' Тактовая частота на выводе DCK/D3, выходные данные на DOUT/D5, входные данные на DIN/D7, выбор чипа D0/D1/D2, скорость примерно 68 кбайт/с.
        ''' </summary>
        ''' <param name="iChipSelect">Выбор ведомого: 
        ''' бит 7 = 0 - выбор чипа игнорируется, бит 7 = 1 - данные валидны; 
        ''' биты 1..0 = 00/01/10 соответственно активируют D0/D1/D2 низким уровнем.</param>
        ''' <param name="iLength">Число байтов для передачи.</param>
        ''' <param name="ioBuffer">Буфер для записи в DOUT, и сюда же сохраняются прочитанные с DIN данные.</param>
        <DllImport(DLL_PATH, SetLastError:=True, CallingConvention:=CallingConvention.StdCall)>
        Private Shared Function CH341StreamSPI4(ByVal iIndex As Integer, ByVal iChipSelect As Integer, ByVal iLength As Integer, ByVal ioBuffer As Byte()) As <MarshalAs(UnmanagedType.Bool)> Boolean
        End Function

        ''' <summary> 
        ''' Реализует обмен по 5-проводному интефрейсу SPI. 
        ''' Тактовая частота на выводе DCK/D3, выходные данные на DOUT/D5 и DOUT2/D4, входные на DIN/D7 и DIN2/D6, выбор чипа D0/D1/D2, скорость примерно 30*2 кбайт/с.
        ''' </summary>
        ''' <param name="iChipSelect">Выбор ведомого: 
        ''' бит 7 = 0, вывод CS игнорируется, бит 7 = 1 данные валидны;
        ''' биты 1..0 = 00/01/10 соответственно активируют D0/D1/D2 низким уровнем.</param>
        ''' <param name="iLength">Число байтов для передачи.</param>
        ''' <param name="ioBuffer">Буфер для записи в DOUT, и сюда же сохраняются прочитанные с DIN данные.</param>
        ''' <param name="ioBuffer2">Буфер для записи в DOUT2, и сюда же сохраняются прочитанные с DIN2 данные.</param>
        <DllImport(DLL_PATH, SetLastError:=True, CallingConvention:=CallingConvention.StdCall)>
        Private Shared Function CH341StreamSPI5(ByVal iIndex As Integer, ByVal iChipSelect As Integer, ByVal iLength As Integer, ByVal ioBuffer As Byte(), ByVal ioBuffer2 As Byte()) As <MarshalAs(UnmanagedType.Bool)> Boolean
        End Function

        ''' <summary>
        ''' Записывает заданный массив и возвращает считанный массив по SPI.
        ''' </summary>
        ''' <param name="writeBuffer">Буфер для записи.</param>
        ''' <param name="readLength">Число байтов для чтения.</param>
        Public Function StreamSpi(ByVal writeBuffer As Byte(), ByVal readLength As Integer) As Byte()
            'TODO "Забил гвоздями" вывод CS. Надо реализовать возможность управлять им.
            Dim res As Boolean = False
            Dim writeLength As Integer = writeBuffer.Length
            ReDim Preserve writeBuffer(writeLength + readLength - 1)
            Select Case WiresCount
                Case WiresCountEnum.Wires3
                    res = CH341StreamSPI3(DeviceIndex, &H80, writeBuffer.Length, writeBuffer)  
                Case WiresCountEnum.Wires4
                    res = CH341StreamSPI4(DeviceIndex, &H80, writeBuffer.Length, writeBuffer)
                Case WiresCountEnum.Wires5
                    Dim readBuffer2(readLength - 1) As Byte
                    res = CH341StreamSPI5(DeviceIndex, &H80, writeBuffer.Length, writeBuffer, readBuffer2)
            End Select
            If res Then
                Return writeBuffer.Skip(writeLength).Take(readLength).ToArray()
            End If
            Throw New Exception("Ошибка чтения или записи массива байтов по SPI.")
        End Function

        <DllImport(DLL_PATH, SetLastError:=True, CallingConvention:=CallingConvention.StdCall)>
        Private Shared Function CH341BitStreamSPI(ByVal iIndex As Integer, ByVal iLength As Integer, ByVal ioBuffer As Byte()) As <MarshalAs(UnmanagedType.Bool)> Boolean
        End Function

        ''' <summary>
        ''' Управляет битовой передачей по SPI в 4- и 5-проводном режимах.
        ''' Тактовая частота на выводе DCK/D3, по умолчанию LOW, DOUT/D5 и DOUT2/D4 - выходы по срезу, DIN/D7 и DIN2/D6 по спаду. */
        ''' One byte in ioBuffer corresponds to D7-D0 pin, bit 5 is output to DOUT, bit 4 is output to DOUT2, bit 2..0 is output to D2-D0, bit 7 is input from DIN, bit 6 input from DIN2, bit 3 data ignored */
        ''' </summary>
        ''' <param name="writeBuffer"></param>
        ''' <param name="bitsToWrite">Число битов, которые следует передать, до 896 за раз. Не рекомендуется передавать более 256.</param>
        ''' <param name="readLength"></param>
        <Obsolete("Before calling this API, CH341Set_D5_D0 should be called to set the I/O direction of the D5-D0 pin of CH341 and set the default level of the pin")>
        Public Function BitSreamSpi(ByVal writeBuffer As Byte(), ByVal bitsToWrite As Integer, ByVal readLength As Integer) As Byte()
            If (readLength > writeBuffer.Length) Then
                ReDim Preserve writeBuffer(readLength - 1)
            End If
            Dim res As Boolean = CH341BitStreamSPI(DeviceIndex, bitsToWrite, writeBuffer)
            If res Then
                Return writeBuffer
            End If
            Throw New Exception("Ошибка чтения или записи массива битов по SPI.")
        End Function

#End Region '/чтение и запись

    End Class

End Namespace

Полную и самую последнюю версию кода для работы с микросхемой CH341 можно скачать с репозитория на GitHub, где я буду его обновлять при появлении доработок/коррекции ошибок/добавлении новых возможностей.

2Использование CH341 в режиме SPI на примере работы с датчиком BMP280

Давайте протестируем работоспособность нашего кода с библиотекой CH341.dll на реальном «железе». Для этого нам нужно какое-либо ведомое устройство. У меня под рукой имеется уже многократно использованный нами в предыдущих статьях сенсор давления и температуры BMP280. Его-то мы и возьмём как первого подопытного.

Подключим датчик к отладочной плате по стандартной для SPI схеме. То есть, SCL датчика подключаем к SCK платы, SDA – к MOSI, SDO – к MISO, CSB – к CSO, VCC – к VDD, GND – к GND. Должно получиться что-то вроде этого:

Подключение датчика BMP280 к отладочной плате с CH341A

Также обратите внимание, что перемычка режима работы (зелёная на фото) должна находиться в режиме IIC/SPI, а не UART.

Приведу пример использования класса для работы с нашей dll-кой. Этот кусок кода читает 1 байт из регистра ID датчика BMP280. Как мы знаем, в этом регистре должно храниться постоянное значение идентификатора, равное 0x58.

Пример использования класса для работы с микросхемами CH341 в режиме SPI (разворачивается)

Imports Ch341

''' <summary>
''' Тестирование библиотеки CH341DLL.DLL.
''' </summary>
Module Module1


    Sub Main()
        Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Cyan
        Console.WriteLine("Работа с библиотекой CH341.dll")
        Console.WriteLine()
        Do
            Try
                CheckBmp280_spi()
            Catch ex As Exception
                Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red
                Console.WriteLine(ex.Message)
            Finally
                Console.ForegroundColor = ConsoleColor.DarkGray
                Console.WriteLine("Нажмите любую клавишу чтобы повторить...")
                Console.ReadKey(True)
                Console.WriteLine()
            End Try
        Loop
    End Sub
	
	''' <summary>
    ''' Чтение регистра ID датчика BMP280 по интерфейсу SPI.
    ''' </summary>
    Private Sub CheckBmp280_spi()
        Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Yellow
        Console.WriteLine("Чтение регистра ID датчика BMP280 по интерфейсу SPI: ")
        Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Gray
        Dim ch341 As New SpiMaster(0, True)
        Dim buf As Byte() = ch341.StreamSpi({&HD0}, 1)
        For Each b As Byte In buf
            Console.Write(b.ToString("X2"))
            Console.Write(" ")
        Next
        Console.WriteLine()
        ch341.CloseDevice()
        Console.WriteLine()
    End Sub
	
End Module

Вот как будет выглядеть вывод нашей консольной программы, читающей и выводящей значение жёстко «зашитого» в ПЗУ идентификатора датчика BMP280.

Вывод консольной программы со значением идентификатора датчика BMP280

Интересно посмотреть, как это будет выглядеть на уровне передаваемых сигналов. А тут, впрочем, всё стандартно для интерфейса SPI: линия ENABLE активирует обмен, линия CLOCK – для синхронизации, на линии MOSI данные от ведущего устройства (в данном случае микросхемы CH341), на линии MISO – данные от ведомого (датчика BMP280).

Временная диаграмма чтения регистра ID датчика BMP280 по SPI

Первым байтом по линии ведущего устройства MOSI передаём команду 0xD0. На неё приходит один байт ответа от ведомого (по линии MISO) с постоянным значением идентификатора датчика BMP280 – 0x58.

Last modified onЧетверг, 25 Февраль 2021 20:57 Read 6484 times

Ключевые слова: :