内容介绍

一、项目介绍

ADMT4000 是 Analog Devices（ADI）公司推出的一款高性能磁性多圈位置传感器，具备"true power-on multiturn"功能，能够在断电状态下记录旋转圈数信息，重新上电后继续读取绝对角度位置（最多46圈）。该传感器精度高达±0.25°，可以应用于工业执行器、定位系统和机械臂关节位置检测等高精度应用场景。

项目目标：

完成ADMT4000传感器电路板和测试结构的设计与实现
基于Sipeed M1w Dock开发板实现旋转圈数和角度数据的读取
在LCD屏幕上实时显示传感器数据结果

二. 设计思路

根据 admt4000 的官方数据手册设计原理图，引出所有接口便于测试，在42步进电机底部居中放置径向磁铁，确保磁场强度在ADMT4000推荐范围内。

admt4000 的连续采样速率固定为 1ksps，可以通过监听 ACALC 引脚，在上升沿触发数据获取。

M1w Dock 开发板初始化SPI接口和LCD屏幕，在LCD上显示识别结果

软件流程图：

三、实现过程

1 CRC5校验算法

基于ADMT4000数据手册标准实现，确保26位数据传输的完整性：

def calc_admt_crc5(bits_val, length=26):
    """
    ADMT4000专用CRC5校验算法
    参数：
        bits_val: 包含校验位的整数值
        length: 校验位数（默认26位）
    返回：
        5位CRC校验值
    """
    crc = 0x1F  # 初始种子值
    for i in range(length - 1, -1, -1):
        bit_in = (bits_val >> i) & 0x01
        shft4 = (crc >> 4) & 0x01
        xor_0 = bit_in ^ shft4
        
        # LFSR移位逻辑
        b3 = (crc >> 3) & 0x01
        b2 = (crc >> 2) & 0x01
        b1 = (crc >> 1) & 0x01
        b0 = (crc >> 0) & 0x01
        
        new_b4 = b3
        new_b3 = b2
        new_b2 = b1 ^ xor_0
        new_b1 = b0
        new_b0 = xor_0
        
        crc = (new_b4 << 4) | (new_b3 << 3) | (new_b2 << 2) | (new_b1 << 1) | new_b0
    
    return crc & 0x1F

2 数据解析算法

多圈绝对角度解析（寄存器0x03）：

def parse_0x03_absangle(raw_val):
    """
    解析绝对角度和多圈数据
    位分配：
        Bit 15-10: 圈数数据（6位，补码表示）
        Bit 9-0:   角度数据（10位，0.351°/LSB）
    """
    turns_raw = (raw_val >> 10) & 0x3F
    
    if turns_raw == 0b110110:  # 无效数据标志
        return "INV", 0, True
    elif turns_raw >= 0b110111:  # 负数（补码）
        turn_count = turns_raw - 64
        turn_str = "{:+d}".format(turn_count)
    else:  # 正数
        turn_count = turns_raw
        turn_str = "{:+d}".format(turn_count)
    
    angle_bits = raw_val & 0x3FF
    angle_val = angle_bits * 0.351  # 转换为角度值
    
    return turn_str, angle_val, False

单圈角度解析（寄存器0x05）：

def parse_0x05_angle(raw_val):
    """
    解析单圈角度数据
    12位分辨率，直接映射到0-360°
    """
    return (raw_val >> 4) / 4096 * 360.0

3 寄存器读取

读取 admt4000 寄存器数据，并进行 CRC 校验

def read_admt_register(addr_6bit):
    """
    读取 ADMT4000 寄存器
    addr_6bit: 6位地址 (例如 0x03 或 0x05)
    """
    # 1. 构造发送命令字节
    # Bit 7: 0 (Discard)
    # Bit 6: 0 (0 = Read, 1 = write)
    # Bit 5-0: Address
    cmd_byte = (addr_6bit & 0x3F) # 0x00 | addr

    # 2. SPI 通信
    cs.value(0)
    # 发送命令
    spi.write(bytes([cmd_byte]))
    # 读取数据 (假设读取3个字节: DataH, DataL, Status+CRC)
    # 16位数据 + 3位状态 + 5位CRC = 24位 = 3字节
    recv_bytes = spi.read(3)
    cs.value(1)

    if not recv_bytes or len(recv_bytes) < 3:
        return None, "Err: No Data"

    # 3. 解析接收到的数据
    # 假设接收顺序: [Byte0: Data15-8] [Byte1: Data7-0] [Byte2: Status(3) + CRC(5)]

    raw_val_16 = (recv_bytes[0] << 8) | recv_bytes[1]
    status_crc_byte = recv_bytes[2]

    # 提取接收到的 CRC (假设在最后5位)
    recv_crc = status_crc_byte & 0x1F

    # 提取状态位 (假设在 CRC 之前的 3 位)
    status_bits = (status_crc_byte >> 5) & 0x07

    # 4. 准备 CRC 校验数据
    # 手册说明 CRC 覆盖 26 位:
    # SPI Read: Rb/W bit(1) + Address(6) + Data(16) + Fault/Count(3)

    # 构造用于校验的大整数 (共 26 bits)
    # [Bit 25]: R/W (0)
    # [Bit 24-19]: Address (6 bits)
    # [Bit 18-3]: Data (16 bits)
    # [Bit 2-0]: Status (3 bits)

    crc_payload = 0
    crc_payload |= (0 & 0x01) << 25           # R/W 位 (读=0)
    crc_payload |= (addr_6bit & 0x3F) << 19   # 地址位
    crc_payload |= (raw_val_16 & 0xFFFF) << 3 # 16位数据
    crc_payload |= (status_bits & 0x07)       # 3位状态

    # 5. 计算本地 CRC
    calc_crc = calc_admt_crc5(crc_payload, length=26)

    is_valid = (calc_crc == recv_crc)

    return raw_val_16, is_valid, recv_bytes

4 LCD 数据显示

构建数据显示布局，通过 scale 功能突出显示数据

    # 绘制背景 (仅清除数据区域可以更快，这里为了简单全屏清)
    img.draw_rectangle(0, 0, 320, 240, fill=True, color=C_BG)

    # 标题
    img.draw_string(10, 10, "ADMT4000 Monitor", color=C_BLU, scale=2)

    # ---------------- 处理 0x03 (Abs Angle) ----------------
    raw_03, crc_03, bytes_03 = read_admt_register(0x03)
    turns_str, sub_angle, turns_inv = parse_0x03_absangle(raw_03)

    # 显示标签
    img.draw_string(10, 50, "Reg 0x03 (Multi-Turn):", color=C_TEXT, scale=1.5)

    # 显示原始 HEX (固定宽度 {:02X} 避免抖动)
    hex_s = "{:02X} {:02X} {:02X}".format(bytes_03[0], bytes_03[1], bytes_03[2])
    img.draw_string(10, 75, "Raw: " + hex_s, color=(100,100,100), scale=1.2)

    # 显示 CRC 状态
    crc_str = "[CRC OK]" if crc_03 else "[CRC ERR]"
    img.draw_string(220, 75, crc_str, color=(C_GRN if crc_03 else C_RED), scale=1.2)

    # 显示解析数值 (使用定长格式化)
    if turns_inv:
        t_disp = "Turns: Invalid"
    else:
        # {:>3} 右对齐占3位
        t_disp = "Turns: {:>4}".format(turns_str)

    # {:6.2f} 总宽6位(含小数点)，2位小数，不够补空格 -> 解决抖动
    a_disp = "Angle: {:6.2f}".format(sub_angle)

    img.draw_string(10, 95, t_disp, color=C_TEXT, scale=1.5)
    img.draw_string(160, 95, a_disp, color=C_TEXT, scale=1.5)

    # ---------------- 处理 0x05 (Angle) ----------------
    raw_05, crc_05, bytes_05 = read_admt_register(0x05)
    deg_05 = parse_0x05_angle(raw_05)

    img.draw_string(10, 140, "Reg 0x05 (Single-Turn):", color=C_TEXT, scale=1.5)

    hex_s5 = "{:02X} {:02X} {:02X}".format(bytes_05[0], bytes_05[1], bytes_05[2])
    img.draw_string(10, 165, "Raw: " + hex_s5, color=(100,100,100), scale=1.2)

    crc_str5 = "[CRC OK]" if crc_05 else "[CRC ERR]"
    img.draw_string(220, 165, crc_str5, color=(C_GRN if crc_05 else C_RED), scale=1.2)

    # 显示大字体角度
    # {:0>7.3f} -> 补0总宽7位 (012.345) 或者 {:7.3f} 补空格
    deg_str = "{:7.3f} deg".format(deg_05)
    img.draw_string(10, 190, deg_str, color=C_BLU, scale=2.5) # 大字体
    # ---------------- 刷新 LCD ----------------
    lcd.display(img)

四、实现效果

能够正确读取角度数据

一、 项目介绍