内容介绍

一、项目描述

本项目基于ADI公司的ADMT4000高精度磁性角度与转数传感器，设计并实现了一套用于检测电机旋转圈数及相对角度的嵌入式系统。ADMT4000集成了GMR（巨磁阻）转数计数器和AMR（各向异性磁阻）角度传感器，能够在无需外部电池的情况下实现断电位置记忆，通电后通过SPI接口即可读取绝对位置信息，包括完整旋转圈数和0°~360°范围内的高分辨率角度值。系统以MCU作为主控，完成传感器初始化、数据采集与解析，并将实时结果输出至彩色LCD显示屏。

二、硬件介绍

1.硬件描述

（1）ADMT4000

本项目核心传感单元为ADI公司出品的ADMT4000磁性匝数传感器。它是一款非接触式、高精度的位置与转数检测芯片，特别适用于需要断电后仍能保持位置记忆的应用场景。

该芯片内部集成三个独立磁传感器：

一个巨磁阻（GMR）匝数计数器，用于记录系统旋转圈数；
一个GMR象限检测传感器，配合AMR角度传感器共同确定绝对角度；
一个各向异性磁阻（AMR）角度传感器，可提供0°~360°范围内的高分辨率角度值。

三者协同工作，使得ADMT4000在通电后可通过SPI接口直接读取系统的绝对位置——包括完整旋转圈数和当前角度，最大支持顺时针方向连续计数46圈，精度高达±0.25°，数字输出分辨率超过16k。

此外，芯片内置温度传感器，支持宽温工作（-40°C至+150°C），供电电压范围为1.7V~5V，典型工作电压3.3V，采用24引脚TSSOP封装，适合工业级应用。同时具备欠压与过压检测功能，增强系统稳定性。

由于其无需外部电源即可保存转数信息，特别适合无刷直流电机控制、执行器定位等对可靠性要求较高的场合。

（2）同时本项目使用一个spi通信的LCD彩屏，和N32H785为主控芯片的开发板。

2.PCB设计

本项目的PCB设计参考ADMT4000官方数据手册中的推荐电路布局与引脚定义。如上图所示，为简化系统结构并降低硬件复杂度，本项目仅使用芯片的串行外设接口（SPI）进行通信，未启用其GPIO功能。所有必要的电源与控制信号均从芯片引出，包括VDD（3.3V供电）、RESET（复位）、GND（接地），以及SPI通信所需的四个核心引脚：CS（片选）、SCLK（时钟）、SDI（数据输入）、SDO（数据输出）。

在布局方面，考虑到电机安装位置与传感器磁路对准的需求，我们将ADMT4000芯片放置于PCB中央区域，使其正对旋转轴心，确保磁场感应最稳定。同时，PCB尺寸也根据实际电机外壳做了适配，提升整体系统的可靠性与测量精度。

ADMT4000_PCB3_20251114114015_仿真图_(顶层).png

三、软介绍

整个软件流程如下

在软件设计方面，系统上电后首先完成所用到的GPIO的初始化，并通过接口配置并驱动彩色LCD屏幕，用于后续数据显示。随后进入主循环，在每次循环中，MCU通过SPI协议向ADMT4000发送读取命令，获取包含旋转圈数和角度值的原始寄存器数据。读取到的数据经过简单的解析与单位换算，得到当前前圈数信息，和角度信息。处理完成后，系统将实时结果显示在LCD屏幕上。

1.初始化所有用到的IO

void GPIO_Configuration(void)
{
    GPIO_InitType GPIO_InitStructure;


    GPIO_InitStruct(&GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.Pin     = LED1_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode    = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pull    = GPIO_NO_PULL;
    GPIO_InitPeripheral( LED1_PORT, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.Pin     = GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7|
                                 GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_8;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode    = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pull    = GPIO_PULL_DOWN;
    GPIO_InitPeripheral( GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_14;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitPeripheral(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
}

2.移植LCD代码，调用LCD初始化函数，并填充背景色

    LCD_Init();
    LCD_Fill(0,0,320,170,0XA651);

3.读取ADMT4000数据

函数通过位操作模拟SPI协议，向ADMT4000芯片发送8位地址（左移24位构成32位命令），随后读取32位返回数据，并按小端序拆分为4字节存入list数组

void admt4000_read(uint8_t addr,uint8_t* list)
{
    uint32_t data = 0;
    uint32_t buff = 0;
    uint8_t i = 32;
    data |=addr<<24;
    ADMT_CLK(0);
    ADMT_CS(1);
    systick_delay_ms(800);
    ADMT_CS(0);
    while(i--){
        if(data&0x80000000)ADMT_SDO(1);
        else ADMT_SDO(0);
        data<<=1;
        systick_delay_us(1);
        ADMT_CLK(1);
        buff<<=1;
        buff|=ADMT_SDI;
        systick_delay_us(1);
        ADMT_CLK(0);
        systick_delay_us(1);
    }
    ADMT_CS(1);
    list[0] = (uint8_t)(buff&0xff);
    buff>>=8;
    list[1] = (uint8_t)(buff&0xff);
    buff>>=8;
    list[2] = (uint8_t)(buff&0xff);
    buff>>=8;
    list[3] = (uint8_t)(buff&0xff);
    return ;
}

4.处理数据并显示

分别读取admt4000的0x03和0x05寄存器，分别是绝对角度寄存器和角度寄存器。将读取数据存入数组list中，然后存入字符数组，并在彩色LCD中显示。

        admt4000_read(0x03,list);
        admt4000_read(0x05,list+4);
        temp = list[2];
        temp2 = list[6]<<8|list[5];
        turns = temp/4.0;
        angle = (float)((temp2>>4)*0.08789);
        sprintf(NUM_string,"%5.2f",turns);
        LCD_ShowString(60,70,NUM_string,WHITE,BLACK,32,0);
        sprintf(NUM_string,"%6.2f",angle);
        LCD_ShowString(200,70,NUM_string,WHITE,BLACK,32,0);

四、结果展示

LCD左侧显示的是圈数，右侧显示的是角度，将电机旋转大约半圈，可见读取数据同步改变。

五、心得与体会

通过这次基于ADMT4000的电机角度与圈数检测项目，我不仅加深了对高精度磁性传感器工作原理的理解，也更熟悉了SPI通信在实际嵌入式系统中的应用。从硬件布局到软件调试，每一步都让我体会到细节的重要性——比如芯片位置对磁场感应的影响，或是数据解析时位序和格式的匹配。虽然过程中遇到过读数跳变、屏幕显示错乱等问题，但逐一排查后最终看到稳定输出的那一刻，真的很有成就感。更重要的是，这个小项目让我感受到：哪怕是一个人慢慢做，只要坚持下去，也能做出完整、可靠的东西。