esp8266 spi设备共用CS

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一个CS引脚控制两个MAX31865片选，spi速率8MHz正常使用

1. 非门电路

这个很简单，不细说了哈

2. MAX31865

​ "MAX31865是易于使用的电阻数字转换器，针对铂电阻温度检测器（RTD）进行了优化。外部电阻设置所用RTD的灵敏度，而精密Δ-ΣADC则可转换RTD电阻比。 MAX31865的输入具有高达Q45V的过压故障保护，并具有可编程检测RTD和电缆开路和短路情况的功能"

——来自datasheet
项目需要使用了两个Adafuit设计的MAX31865，同时Adafruit还提供了[Arduino library](https://github.com/adafruit/Adafruit_MAX31865) ，我们小改即可

Adafuit版本的原理图:

3. 一个CS引脚控制两个MAX31865片选

理想电路

使用Fritzing绘制

PS：灵魂走线(小声bb)

原理图

也是用Fritzing整的

细心的读者会发现，该电路少了开篇非门电路的上拉电阻，因为Adafuit版本的原理图已经将CS上拉10k，所以这里可以省略😳

PS：感觉没有Eagle顺手(小声bb)

实测电路

IMG_4563

为了更显情调，在D2引脚上加了一个💡串联一个510Ω接地，这样会随着D2(CS信号)变化Blink

为啥还有一个arduino？

arduino，引出的三条线:

color 使用GPIO 功能
红线 A0 测右边模块CS电平，对应下文Demo的MAX_02
绿线 A1 测左边模块CS电平，对应下文Demo的MAX_01
蓝线 A2 测D2(CS信号)变化电平，其实和绿线电平变化相同

arduino当示波器用，虽然只有3k采样频率，但是总比没有好😅

该示波器基于processing，使用Uno的A0-A3引脚，支持4通道，项目地址

4. 修改库

修改的行都上了注释，若太多原库代码的用"......"表示

Adafruit_MAX31865.h

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typedef enum max31865_numwires { 
  MAX31865_2WIRE = 0,
  MAX31865_3WIRE = 1,
  MAX31865_4WIRE = 0,
  MAX31865_Double_one_cs_pin = 2	//	添加此枚举常量便于修改Adafruit_MAX31865::begin()
} max31865_numwires_t;
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class Adafruit_MAX31865 {
 public:
  ......
  static unsigned int trans;	//  用于cs计数			
  static bool change_cs;		//  是否改变片选

 private:
  ......
 };

Adafruit_MAX31865.cpp

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/* 以下代码在库文件包含后和成员函数定义前加入*/
unsigned int Adafruit_MAX31865::trans = 0;  //  非负整形计数溢出时归零
bool Adafruit_MAX31865::change_cs = false;  //  向Adafruit_MAX31865::begin()传入前三种枚举常量时不修改片选
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boolean Adafruit_MAX31865::begin(max31865_numwires_t wires) {
    pinMode(_cs, OUTPUT);
    if (wires == MAX31865_Double_one_cs_pin)
    {
        wires = MAX31865_4WIRE;
        ++trans;	//	首次为奇数

        //  trans为奇数时，片选MAX_01，偶数时片选MAX_02
        if (trans % 2 == 0)
        {
            change_cs = true;
            Serial.print("  MAX_02: ");
            digitalWrite(_cs, LOW);
        }
        else
        {
            change_cs = false;
            Serial.print("MAX_01: ");
            digitalWrite(_cs, HIGH);        //  第一次必须上拉以执行SPI.begin();
        }
    }
  else
        digitalWrite(_cs, HIGH);
    ......
}

最后将Adafruit_MAX31865::readRegisterN()和Adafruit_MAX31865::writeRegister8()的

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digitalWrite(_cs, LOW);
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digitalWrite(_cs, HIGH);

分别替换为：

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if(change_cs == false)  
    digitalWrite(_cs, LOW);
else
    digitalWrite(_cs, HIGH);
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if(change_cs == false)
    digitalWrite(_cs, HIGH);
else
    digitalWrite(_cs, LOW);

5. arduino IDE程序

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/* 2020-02-25 OldGerman*/
#include <Adafruit_MAX31865.h>

#define RREF      430.0   /* Max31865参考电阻Rref值: pt100 430Ω, pt1000 4300Ω */
#define RNOMINAL  100.0   /* 零度时pt100电阻值校准, pt1000 为 1000.0 */

/* Node MCU 1.0 pins connected to: */
#define MAX_CS   4    /* D2 */
#define MISO     13   /* D7 */
#define MOSI     12   /* D6 */
#define SCLK     14   /* D5 */

/* 库的SPI总线速率为8MHz时 */
int chAverage = 1;  //  示例默认测温采样一次，当采样次数为20时，2秒可读完20次求出平均值
                    //  单次读取时间100ms，远高于MAX31865寄存器最长读数更新时间21ms

float maxAverageTemp(Adafruit_MAX31865);  /* 测温滤波 */

Adafruit_MAX31865 maxESP = Adafruit_MAX31865(MAX_CS, MISO, MOSI, SCLK);

//-------------------main function------------------
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println();
  Serial.println("Double MAX31865 4 wire PT100 Sensor Test!");

}

void loop() {
  static unsigned int tabline = false;
  ++tabline;
  maxESP.begin(MAX31865_Double_one_cs_pin);  //【单线双max模式，四线pt100】
  Serial.print(maxAverageTemp(maxESP));
  if(tabline %2 == 0)
    Serial.println();
}

//`测温滤波 - 多次采样计算平均数
float maxAverageTemp(Adafruit_MAX31865 _maxESP){
  float averageTemp = 0;
  for(int i = 0; i < chAverage; ++i)
  {
    averageTemp += _maxESP.temperature(RNOMINAL, RREF);
  }

  return averageTemp /= chAverage;
}

6. Demo

右侧为arduino示波器，红绿蓝三种电平变化对应上文提及的功能😃

7. 关于修改过的库

度云链接 提取码：p9kl

8MHz总线速度测试正常

没有降低该库的spi速率，全文在提高到8MHz测试的

Adafruit_MAX31865.h

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static SPISettings max31865_spisettings = SPISettings(8000000/*<--Dual_MAX_one_CS_pin_8000,000测试没问题/*之前:500000*/, MSBFIRST, SPI_MODE1);	//	https://www.arduino.cc/en/Reference/SPISettings

优化Adafruit_MAX31865::readRTD()，避免看门狗复位

另外，我还修改了该库，可在Adafruit_MAX31865.h中选择禁用Adafruit_MAX31865::readRTD()所有的delay()，用milis()和yield()代替，关键代码如下：

Adafruit_MAX31865.h

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//  add by oldgerman 20200115
//  使用milis()配合yield()代替readRTD()函数内部的delay()
#define NODELAY                             //  若注释掉，使用delay()
#ifdef NODELAY
static unsigned long previousMillis = 0;    // will store last time rtd was updated
#endif

Adafruit_MAX31865.cpp

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uint16_t Adafruit_MAX31865::readRTD (void) {
    clearFault();
    enableBias(true);
    static uint16_t rtd;
#ifndef NODELAY
    delay(10);
    uint8_t t = readRegister8(MAX31856_CONFIG_REG);
    t |= MAX31856_CONFIG_1SHOT;      
    writeRegister8(MAX31856_CONFIG_REG, t);

    delay(65);
    rtd = readRegister16(MAX31856_RTDMSB_REG);

    // remove fault
    rtd >>= 1;
    return rtd; 

#elif defined NODELAY
    while(true)
    {
        unsigned long currentMillis_1 = millis();
        //Serial.println("currentMillis_1  = ");	Serial.print(currentMillis_1);	Serial.println();
        if(currentMillis_1 - previousMillis >= 10) 
        {
            previousMillis = currentMillis_1;
            uint8_t t = readRegister8(MAX31856_CONFIG_REG);
            t |= MAX31856_CONFIG_1SHOT;      
            writeRegister8(MAX31856_CONFIG_REG, t);
            while(true)
            {
                unsigned long currentMillis_2 = millis();
                //Serial.println("currentMillis_2  = ");	Serial.print(currentMillis_2);	Serial.println();
                if (currentMillis_2 -  previousMillis >= 65) 
                {
                    previousMillis = currentMillis_2;
                    rtd = readRegister16(MAX31856_RTDMSB_REG);
                    // remove fault
                    rtd >>= 1;
                    return rtd;
                }
                    yield();	//	第一次
            }
        }
        yield();	//	第二次
    }
#endif
}

yield()简单介绍 - - 来自Sparkfun

由ESP8266 Arduino库的创造者实现，该函数调用后台函数以允许他们执行其任务。

例如，如果您的草图正在等待某人按下连接到引脚12的按钮，则这样的循环将使ESP8266不会崩溃：

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pinMode(12, INPUT_PULLUP); // Set pin 12 as an input w/ pull-up
while (digitalRead(12) == HIGH) // While pin 12 is HIGH (not activated)
    yield(); // Do (almost) nothing -- yield to allow ESP8266 background functions
Serial.println("Button is pressed!"); // Print button pressed message.

实测，禁用delay()后，我在上文中的maxAverageTemp()采样可以提高到20次以上，而不会使看门狗复位，(原先5次以上就很容易复位)😳

最后来个单CS读两个MAX31865每一次采样20次的波形😄

8.后记

74HC138 复用CS

如法炮制，可以用cmos器件74HC138实现3个CS引脚片选8个spi设备

以下来自百度百科：

74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2）

当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7），简直太合适了有木有😂