1.所选任务介绍
本次选择的任务是ADMT4000模块的多圈角度读取与断电记忆验证，需要实现并验证：通过 SPI 读取 ADMT4000 的多圈圈数和精确角度；串口实时打印当前圈数、角度值、手动旋转到任意位置后断电，重新上电，串口显示的圈数和角度与断电前一致；在 46 圈范围内多次测试，记录并展示断电前后的数据对比；
2.项目描述
本项目基于rp2350开发板，通过ardunio平台开发ADMT4000模块的驱动代码，代码简洁易用，可读取所旋转的圈数与精确的角度，性能稳定，可移植性强。
3，硬件介绍
本次项目所用到的硬件有：RP2350核心板、ADMT4000模块、42步进电机（作为支架）
||RP2350核心板：RP2350 是 Raspberry Pi 推出的一款高性能微控制器，搭载双 Cortex-M33 或 Hazard3 处理器，主频为150Mhz，拥有520KB 多组高性能 SRAM。具有30 个 GPIO 引脚，其中 4 个可用作模拟输入，外设丰富。可基于ardunio开发，简单易用。
||ADMT4000模块：ADMT4000 是一种磁转数传感器，即使在设备断电时也能够记录磁系统的旋转次数。通电时可以查询该套件，以报告系统的绝对位置。绝对位置通过串行外设接口 (SPI) 报告。ADMT4000 最多可计数 46 圈外部磁场，以顺时针 (CW) 方向递增绝对位置计数
4.方案框图与设计思路
方案框图
设计思路
验证多圈角度读取与断电记忆，主控采用rp2350开发板，开发板将读取到的ADMT4000模块的信息通过usb传输给电脑，电脑打印相关信息。将得到的模块做了微小的改动，去掉了排针，以方便安装在42步进电机背部。
5.连接原理图
6.软件流程图 + 调试软件说明 + 关键代码说明
本项目的核心任务是实现ADMT4000传感器的初始化驱动、数据采集与串口打印。软件架构基于ardunio，主要实现了初始化SPI接口、数据的解析以及串口打印。
软件流程图
调试软件说明
将代码使用ardunio平台打开，修改对应的spi引脚配置，烧入代码，连接好模块，便能通过串口观看打印的数据
关键代码说明
引脚配置与SPI初始化
cpp// SPI Pin Configuration for RP2350
#define ADMT4000_SDO_PIN 20 // SPI MISO (数据输出，从传感器到MCU)
#define ADMT4000_SDI_PIN 19 // SPI MOSI (数据输入，从MCU到传感器)
#define ADMT4000_SCLK_PIN 18 // SPI时钟
#define ADMT4000_CS_PIN 17 // 片选，低电平有效
#define ADMT4000_RESET_PIN 4 // 复位，低电平有效(实际未使用)
// SPI Configuration
#define ADMT4000_SPI_SPEED 8000000 // 8MHz，留有余量(ADMT4000最大支持10MHz)
说明：
- 使用RP2350的GPIO0-4作为自定义SPI接口
- SDO是ADMT4000的数据输出引脚，连接MCU的MISO
- SDI是ADMT4000的数据输入引脚，连接MCU的MOSI
- SPI速度设置为8MHz
如果要修改spi引脚配置与目标主控相符，修改以上定义即可
CRC5校验计算
cppuint8_t calculateCRC5(uint32_t data, uint8_t bitCount) {
uint8_t shft[5] = {1, 1, 1, 1, 1}; // LFSR移位寄存器初始值
for (int8_t i = bitCount - 1; i >= 0; i--) {
// 计算异或操作
uint8_t xor_0 = ((data >> i) & 0x01) ^ shft[4];
// LFSR移位操作
shft[4] = shft[3];
shft[3] = shft[2];
shft[2] = shft[1] ^ xor_0;
shft[1] = shft[0];
shft[0] = xor_0;
}
// 组合5位CRC结果
return (shft[4] << 4) | (shft[3] << 3) | (shft[2] << 2) | (shft[1] << 1) | shft[0];
}
说明：
- ADMT4000使用CRC5进行数据校验，多项式为 x⁵ + x² + 1
- 这是一个线性反馈移位寄存器(LFSR)实现
- 种子值为0x1F（5个1）
寄存器读取函数
uint16_t ADMT4000_ReadRegister(uint8_t regAddr) {
uint32_t txFrame = 0;
uint32_t rxFrame = 0;
// 构建发送帧：Bit30=0表示读操作，Bit29-24为寄存器地址
txFrame = (0UL << 30) | ((uint32_t)regAddr << 24);
// 计算地址的CRC5校验码
uint8_t crc = calculateCRC5(txFrame, 8);
// 组装完整帧：地址 + CRC + 填充位
txFrame |= ((uint32_t)crc << 8) | 0x0E;
// 片选拉低，开始SPI传输
digitalWrite(ADMT4000_CS_PIN, LOW);
delayMicroseconds(1); // 等待tCSS建立时间
// 发送32位数据并接收响应
uint8_t* txPtr = (uint8_t*)&txFrame;
uint8_t* rxPtr = (uint8_t*)&rxFrame;
for (int8_t i = 3; i >= 0; i--) {
rxPtr[i] = SPI.transfer(txPtr[i]); // 逐字节发送和接收
}
delayMicroseconds(1); // 等待tCSH保持时间
digitalWrite(ADMT4000_CS_PIN, HIGH); // 片选拉高
// 从接收帧中提取寄存器数据（Bit[23:8]）
return (uint16_t)((rxFrame >> 8) & 0xFFFF);
}
说明：
- ADMT4000的SPI帧为32位
- Bit[30]为读写标志位：0=读，1=写
- Bit[29:24]为6位寄存器地址
- 返回值从响应的Bit[23:8]提取
寄存器写入函数
cppvoid ADMT4000_WriteRegister(uint8_t regAddr, uint16_t data) {
uint32_t txFrame = 0;
// 构建写入帧：Bit30=1，地址+数据
txFrame = (1UL << 30) | ((uint32_t)regAddr << 24) | ((uint32_t)data << 8);
// 对26位（地址+数据）计算CRC5
uint8_t crc = calculateCRC5(txFrame >> 6, 26);
txFrame |= crc; // CRC放在Bit[4:0]
// SPI传输
digitalWrite(ADMT4000_CS_PIN, LOW);
delayMicroseconds(1);
uint8_t* txPtr = (uint8_t*)&txFrame;
uint8_t* rxPtr = (uint8_t*)&rxFrame;
for (int8_t i = 3; i >= 0; i--) {
rxPtr[i] = SPI.transfer(txPtr[i]);
}
delayMicroseconds(1);
digitalWrite(ADMT4000_CS_PIN, HIGH);
}
说明：
- 写操作的Bit[30]=1，表示写入操作
- 需要对地址和数据（26位）一起计算CRC
- CRC结果放在帧的Bit[4:0]
角度数据解析
void ADMT4000_ReadAngleData(int16_t* turns, float* angle) {
uint16_t absAngle = ADMT4000_ReadRegister(REG_ABSANGLE); // 0x03
// 提取圈数：Bit[15:10]，共6位
uint8_t turnRaw = (absAngle >> 10) & 0x3F;
// 判断圈数是否有效
if (turnRaw <= 0x35) {
// 0x00-0x35 = 0-53，有效圈数
*turns = turnRaw;
} else if (turnRaw == 0x36) {
// 0x36表示圈数无效
*turns = -1;
} else {
// 0x37-0x3F为二进制补码表示负数，需要符号扩展
*turns = (int8_t)(turnRaw << 2) >> 2;
}
// 提取角度：Bit[9:0]，共10位
uint16_t angleRaw = absAngle & 0x3FF;
// 分辨率：0.351°/LSB，范围0-359.649°
*angle = angleRaw * 0.351f;
}
说明：
- ABSANGLE寄存器同时包含圈数和角度信息
- 圈数范围：0-53圈（0x00-0x35），0x36表示无效，0x37-0x3F表示负数
- 角度分辨率：10位精度，0.351°/LSB
- ADMT4000实际支持0-46圈，此处寄存器支持更宽范围
高精度角度读取
cppfloat ADMT4000_ReadAngle360(void) {
uint16_t angleReg = ADMT4000_ReadRegister(REG_ANGLE); // 0x05
// 提取角度：Bit[15:4]，共12位
uint16_t angleRaw = (angleReg >> 4) & 0x0FFF;
// 分辨率：360°/4096 = 0.0879°/LSB
return angleRaw * (360.0f / 4096.0f);
}
说明：
- ANGLE寄存器提供0-360°的高精度单圈角度
- 12位分辨率，精度为0.0879°
- 与ABSANGLE的区别：ANGLE不含圈数信息，只有单圈角度
- 适合只需要0-360°范围内精确定位的应用
温度读取
cppfloat ADMT4000_GetTemperature(void) {
ADMT4000_SetPage(PAGE_SENSORS); // 切换到Page 0x00
uint16_t tmpReg = ADMT4000_ReadRegister(REG_TMP); // 0x20
// 提取温度码：Bit[15:4]，共12位
uint16_t tmpCode = (tmpReg >> 4) & 0x0FFF;
// 温度计算公式
return (tmpCode - 1168.0f) / 15.66f;
}
说明：
- 温度传感器位于芯片内部，用于角度补偿
- 需要先切换到Page 0x00才能访问温度寄存器
- 公式：TMP(°C) = (TMP_CODE - 1168) / 15.66
- 温度分辨率约0.07°C
7.实物演示及说明
模块被安装在步进电机背面，步进电机主轴上安装有径向磁铁，通过rp2350开发板读取角度与圈数数据。
上电，串口顺利打印出数据
转动主轴，角度精确变化
断电
再次上电，角度几乎没有变化（微小的变化是固定不太牢靠所导致）
断电并转动主轴
断电后主轴的旋转被记录
8.遇到的难点及解决方法
由于刚接触磁编码器，故买的圆柱磁铁是轴向磁化的，故烧入代码后，转动步进电机的主轴时，编码器没有明显的数据输出。一开始，以为是代码初始话的问题，对照数据手册修改了几版代码，仍然无法运行。排查了几天后，便尝试思考代码之外的问题，故将磁铁取下以各种方式旋转，在将磁铁中心以圆周方式旋转时，数值居然发生了变化，怀疑是磁铁的问题，后面查阅资料后才发现，是需要用径向磁铁，后面功能正常。其他难点便没有遇到了。
9.对本次活动的心得体会
这次活动体验到了全新前沿的模块，非常感谢电子森林举办的这次活动。通过对模块驱动程序的编写，文件手册的翻阅，对该模块有了更深的认识，移值流程也更加熟练。同时，在驱动开发中难免会遇见一些困难，当该困难一一种思路无法解决时，就去广泛思考所有可能的情况，逐步去排查。
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