ESP32 の SPI Read

目的

ESP32 の SPI 通信でセンサの値を取得してみた

何処かで誰かやってるだろうと思ってググったが誰もやっていない

SPIはLCDのためのインターフェースだけじゃないんだぞ

環境等

Arduino IDE

Visual Studio Code 拡張機能

接続したセンサ

LSM9DS1

STMicro 製 9軸 IMUセンサ

Sparkfun 製breakout ボードを使用

4線式SPI(SS,MOSI,MISO,CLK)

加速度/ジャイロセンサと地磁気センサで2つのスレーブセレクト(SS)端子がある

コード

とりあえずコードを載せる

基本的なコード上の手続きはArduinoとさほど変わらない

code:spi_test.ino

static const int spiClk = 1000000; // クロック 1 MHz

SPIClass * vspi = NULL; // VSPIを使用する

void setup() {

vspi = new SPIClass(VSPI); // VSPI にSPIクラスをインスタンス

vspi->begin(21,18,19); // SCK,MISO,MOSI,(SS=-1)

pinMode( 5, OUTPUT); // VSPI SS AG

pinMode(17, OUTPUT); // VSPI SS M

Serial.begin(115200);

}

void loop() {

vspiCommand();

delay(100);

}

void vspiCommand() {

// 加速度センサとジャイロセンサ側(AG)のWHO_AM_Iレジスタの読み取り

vspi->beginTransaction(SPISettings(spiClk, MSBFIRST, SPI_MODE3)); // SPI通信設定

digitalWrite(5, LOW); // AG SS を LOW

vspi->transfer(adr,2); // アドレス送信 & 読み取り値格納

digitalWrite(5, HIGH); // AG SS を HIGH

vspi->endTransaction(); // SPI 通信終了

Serial.print("\n");

Serial.print("\n");

// 地磁気センサ側(M)のWHO_AM_Iレジスタの読み取り

vspi->beginTransaction(SPISettings(spiClk, MSBFIRST, SPI_MODE3)); // SPI 通信設定

digitalWrite(17, LOW); // M SS を LOW

vspi->transfer(adr,2); // アドレス送信 & 読み取り値格納

digitalWrite(17, HIGH); // M SS を HIGH

vspi->endTransaction(); // SPI 通信終了

Serial.print("\n");

Serial.print("\n");

}

説明

SPI 通信について

SPI 通信と一言に言っても4種の方式があり、デバイスのよって様々なのでよく確認すること

公式に案内がなかったが、Arduinoの方ではこうなっている

table:SPI_MODE

Mode CLK初期値 出力CLKエッジ 読み出しCLKエッジ

SPI_MODE0 0 立ち下がり 立ち上がり

SPI_MODE1 1 立ち上がり 立ち下がり

SPI_MODE2 0 立ち上がり 立ち下がり

SPI_MODE3 1 立ち下がり 立ち上がり

書き込み側が立ち下がりエッジで出力し、読み出し側は次の立ち上がりエッジで読み取る

こうすることで、ビット遷移時の不定状態を読み出さないようにできる

次に波形を示す

信号と波形（詳しくはデータシートを参照）

code:wave.txt

ライト(write;書き込み)時

SS_AG """""""""|____________________________________________________________________|"""

CLK """"""""""""|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"""""""

MOSI ============Xr/wXa6 Xa5 Xa4 Xa3 Xa2 Xa1 Xa0 Xd7 Xd6 Xd5 Xd4 Xd3 Xd2 Xd1 Xd0 X=====

MISO ==================================================================================

リード(read;読み出し)時

SS_AG """""""""|____________________________________________________________________|"""

CLK """"""""""""|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"|_|"""""""

MOSI ============Xr/wXa6 Xa5 Xa4 Xa3 Xa2 Xa1 Xa0 X=====================================

MISO ============================================Xd7 Xd6 Xd5 Xd4 Xd3 Xd2 Xd1 Xd0 X=====

SS

スレーブセレクト

LOW で通信相手を選択

CLK

クロック

デフォルトHIGH

立ち上がりエッジでのデータが有効

MOSI

Master Out Slave In

(センサ側から見た)データ入力線

加速度/ジャイロセンサ

1バイト目

table:1byte

ビット 7 6 : 0

名前 R/W A6~A0

説明 リード/ライトモード選択 アドレス

リード/ライトモード選択ビット

リード(読み出し)時に1にする

ライト(書き込み時)は0

アドレス

データシートにあるレジスタマップを参照する

2バイト目以降は書き込み時にデータを挿入する

地磁気センサ

1バイト目

table:1byte

ビット 7 6 5 : 0

名前 R/W MS A5~A0

説明 リード時1 アドレスインクリメント アドレスビット

リード/ライトモード選択ビット

リード(読み出し)時に1にする

ライト(書き込み時)は0

アドレスインクリメントビット

連続バイトを読み書きするとき、1にしておくと自動でアドレスをインクリメントしてくれる

0の時はおそらく同じレジスタに繰り返し書かれる(または読まれる)事になる(未確認)

アドレス

データシートにあるレジスタマップを参照する

2バイト目以降は書き込み時にデータを挿入する

MISO

Master In Slave Out

(センサ側から見た)データ出力線

本センサでは読み出しモード時に2byte目以降のクロックでデータが出力される

実際の波形

Analog Dicovery 2 にてSPI 波形をキャプチャした

3線式SPIにしか対応していないため、MOSI(上の段)とMISO(下の段)をそれぞれ別のSPIとして見せている

上二つが地磁気センサ

下二つが加速度／ジャイロセンサである

https://gyazo.com/fbacd08671486fc9cffefd4582268df6

そのほか

上記コードでは1MHzとしたが、SPIクロック周波数は10MHzまで動作確認した

以上