项目介绍

ADMT4000 是一款高性能磁编码器芯片，其独特之处在于能够在完全掉电状态下保持圈数记录，最大可记录46圈。这一特性使其在需要断电位置保持的应用场景中具有重要价值，如工业自动化、机器人关节定位、医疗设备等。
本项目的主要目标是验证 ADMT4000 的掉电圈数记录能力，并构建一个完整的测试验证系统。系统采用 FT4232 USB 转多协议接口芯片作为通信桥梁，配合电子墨水屏实现实时数据显示，全部软件使用 Rust 语言开发，确保在 Windows、macOS 和 Linux 系统上的跨平台兼容性。

硬件设计

系统架构

1. 传感模块：ADMT4000 磁编码器芯片及其外围电路
2. 接口模块：FT4232 USB 转 SPI 接口板
3. 显示模块：1.54 英寸电子墨水屏

ADMT4000 电路设计

参考数据手册中的 Typical System Configuration 第一种电路方案：

• 电源设计：采用 3.3V 供电，使用 100nF 和 1μF 电容进行电源去耦
• 复位电路：复位信号（RSTB）通过 100kΩ 上拉电阻连接到 VDD，未对外引出
• SPI 接口：仅引出四根信号线（SCLK、MOSI、MISO、CSB）
• 磁铁安装：建议使用径向磁铁，距离需要根据芯片手册工作磁场强度调整。

引脚连接表

FT4232 配置

FT4232 芯片内置两个 MPSSE 引擎，本项目中将两个引擎均配置为 SPI 主模式：

• Engine A：连接ADMT4000，速率配置为10MHz（不高于芯片最大 10MHz 以确保稳定性）
• Engine B：连接墨水屏，速率配置为30MHz
• GPIO 扩展：利用Engine B剩余引脚控制墨水屏的复位、忙信号检测等

软件实现

流程图

ft4232

FT4232该芯片内置两个mpsse引擎，可以作为spi/jtag/iic/gpio等接口。mpsse从fifo读取指令，执行并将数据写回到fifo中。因此只需要按照官方mpsse手册，使用usb库往fifo中写入指令并及时回读即可。借用我之前使用rust重写的驱动可以轻松实现本项目需要的usb转spi。
本项目中两个mpsse都作为SPI使用，并提供相应的gpio。在初始化spi后在循环里重复读取寄存器并更新显示内容即可。

ADMT4000

let mpsse_1 =
        FtdiMpsse::open(&device[0].usb_device, Interface::A).expect("Failed to open MPSSE 1");
mpsse_1.set_frequency(10_000_000).unwrap();
let spi_device = FtdiSpiDevice::new(Arc::new(Mutex::new(mpsse_1))).unwrap();
let mut admt4000 = Admt4000::new(spi_device);

获取mpsse并构造spi设备，并使用此spi构造Admt4000实例。

fn calc_crc(input: u32) -> u8 {
    let mut shft = [1u8, 1, 1, 1, 1];
    for i in (5..=30).rev() {
        let data_bit = ((input >> i) & 1) as u8;
        let xor_0 = data_bit ^ shft[4];
        shft[4] = shft[3];
        shft[3] = shft[2];
        shft[2] = shft[1] ^ xor_0;
        shft[1] = shft[0];
        shft[0] = xor_0;
    }
    let mut crc5 = 0u8;
    for i in 0..5 {
        crc5 |= shft[i] << i;
    }
    crc5
}

根据手册说明，读写寄存器需要crc校验，虽然任务中单纯读取可以忽略校验位，但依旧建议完整实现。使用crc校验可以确保SPI通信的物理链路没有问题，在最开始我的spi设置为30Mhz，crc一直校验不过，最后才发现是spi速率过高。
读取角度主要有两个寄存器，0x03绝对角度寄存器和0x05角度寄存器。绝对角度寄存器中高六位是圈数值，注意该六位值会映射到[-9,53]，剩余10位则是映射到[0°,360°)，而0x05寄存器是16位映射到[0°,360°)。

墨水屏

let mpsse_2 =
    FtdiMpsse::open(&device[0].usb_device, Interface::B).expect("Failed to open MPSSE 2");
let mtx = Arc::new(Mutex::new(mpsse_2));
let mut buffer = Ssd1680Buffer::<152, 152, 2888>::new();
let spi = FtdiSpiTx::new(mtx.clone()).unwrap();
let mut rst = FtdiOutputPin::new(mtx.clone(), Pin::Lower(2))?;
let dc = FtdiOutputPin::new(mtx.clone(), Pin::Lower(3))?;
let cs = FtdiOutputPin::new(mtx.clone(), Pin::Lower(4))?;
let mut busy = FtdiInputPin::new(mtx.clone(), Pin::Lower(5))?;
let mut ssd1680 = Ssd1680::new(ExclusiveDevice::new_no_delay(spi, cs)?, dc);

同样是先获取mpsse，再由mpsse构造spi以及其他所需要的io。

rst.set_low().unwrap();
rst.set_high().unwrap();
unsafe {
    ssd1680.assert_hard_reset();
}
wait_not_busy(&mut ssd1680, &mut busy);
ssd1680.soft_reset().unwrap();
wait_not_busy(&mut ssd1680, &mut busy);
ssd1680.init_fast_seq1().unwrap();
wait_not_busy(&mut ssd1680, &mut busy);
ssd1680.init_fast_seq2().unwrap();
wait_not_busy(&mut ssd1680, &mut busy);

墨水屏初始化流程：硬复位、软复位、发送初始化序列、[写显存+发送刷新指令]，每两步之间等待busy信号变低再进行下一步。

ssd1680.fast_update(&buffer.0).unwrap();
wait_not_busy(&mut ssd1680, &mut busy);

在不切换刷新模式的情况下，在执行完一次初始化流程后，后续更新显示内容只需要将buffer通过spi传输，然后启动刷新即可，不需要重新初始化。

遇到的问题与解决方案

1. SPI 通信不稳定问题

问题描述：crc始终无法校验通过。
根本原因：ADMT4000 的最大 SPI 速率为 10MHz，总线上数据不可靠。

解决方案：将SPI速率降至10MHz。

2. 掉电圈数无法记录

问题描述：上电状态圈数正常，重新上电后圈数回到46。
根本原因：磁铁安装距离过近，导致内部硬件圈数记录并未工作。

解决方案：参考手册重新安装。

项目总结

本项目成功验证了 ADMT4000 磁编码器的掉电圈数记录功能，证明了其在断电情况下能够可靠保持最多 46 圈的记录。通过构建基于 FT4232 和墨水屏的测试系统，在 [ 掉电-转动-上电读取 ] 循环测试中，ADMT4000 的圈数记录并未出现丢失情况，使用 Rust 语言开发的测试软件具有良好的跨平台兼容性，代码结构清晰，易于维护和扩展。

相关链接

1. ADMT4000 数据手册：https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/admt4000.pdf
2. FT4232H 数据手册：https://ftdichip.cn/Support/Documents/DataSheets/ICs/DS_FT4232H.pdf
3. MPSSE 编程指南：https://ftdichip.cn/Support/Documents/AppNotes/AN_135_MPSSE_Basics.pdf
4. Rust 嵌入式开发指南：https://docs.rust-embedded.org/book
5. ftx232驱动库：https://github.com/fan2nd/ftdi-tools-rs