一、前言

最近在做外骨骼相关控制板时，用到了 MT6701 磁编码器来获取关节角度。

这个器件支持很多输出方式，比如 ABZ、UVW、PWM、模拟量、I2C、SSI 等。对于 MCU 读取绝对角度这件事来说，SSI 模式是一个很实用的方案：

• 接线简单
• 读取速度快
• 直接输出绝对位置
• 带磁场状态位和 CRC 校验，可靠性较高

但真上手以后会发现，MT6701 的 SSI 并不是“随便按 SPI 读一下就完事”。尤其在时钟边沿、CS 时序、首位对齐、CRC 校验这些细节上，如果没理解透，读出来的数据就很容易错位、跳变甚至完全不对。

这篇文章就结合手册和项目实践，系统整理一下：

• MT6701 的 SSI 数据格式
• 时序图到底该怎么理解
• STM32 上如何正确读取
• 有哪些容易踩坑的点
• 实际开发中有哪些使用技巧

二、MT6701 的 SSI 模式到底是什么

MT6701 的 SSI 接口本质上是一个同步串行输出接口，使用三根核心线：

• CSN：片选，低有效
• CLK：时钟，由主机提供
• DO：数据输出，由 MT6701 输出给主机

工作方式很简单：

1. 主机把 CSN 拉低
2. 主机输出时钟 CLK
3. MT6701 在时钟配合下从 DO 输出角度数据
4. 主机把数据采回来
5. 主机把 CSN 拉高，本次传输结束

三、MT6701 SSI 一帧数据格式

根据手册，MT6701 的 SSI 一帧总共 24 bit，而且是 MSB first，高位先出。

数据组成如下：

D13 D12 ... D0 Mg3 Mg2 Mg1 Mg0 CRC5 CRC4 ... CRC0

也可以写成：

• 前 14 bit：角度原始值 D[13:0]
• 中间 4 bit：磁场状态 Mg[3:0]
• 最后 6 bit：CRC 校验 CRC[5:0]

1）角度数据

角度数据为 14 位，所以范围是：

0 ~ 16383

换算成角度公式：

angle = raw / 16384.0f * 360.0f;

比如：

• 0 对应 0°
• 8192 对应 180°
• 16383 接近 360°

2）磁场状态位

SSI 不仅给角度值，还带了磁场状态，这一点很有用。

Mg[3:0] 中，常用判断主要看低两位：

Mg[1:0]	含义
0	磁场正常
1	磁场过强
2	磁场过弱

此外还有扩展状态位，例如：

• Mg[2]：按键相关状态
• Mg[3]：失去追踪

在工程上最重要的一点是：

不要只读角度，必须顺带检查磁场状态。

因为很多“角度值抖动、跳变、偶发错误”并不是通信问题，而是磁钢位置、气隙、偏心或磁场强度不合适。

3）CRC 校验

MT6701 的 SSI 数据帧最后 6 位是 CRC，用来保证通信可靠性。

CRC 特征：

• 位宽：6 bit
• 多项式：x^6 + x + 1
• MSB first
• CRC 覆盖范围是：
  • 14 bit 角度
  • 4 bit 磁场状态
  • 共 18 bit

这意味着什么？

你不能只把前两个字节一拼就当结果可信，最好必须做 CRC 校验。

如果不做 CRC，在电机、CAN、电源开关等强干扰环境下，偶发的位错误很难第一时间发现。

四、MT6701 的 SSI 时序该怎么理解

这里是最容易踩坑的地方。

根据手册时序说明，可以提炼成一句最关键的话：

DO 在 CLK 上升沿更新，主机应在 CLK 下降沿采样。

这句话很重要，几乎决定了 SPI 模式配置对不对。

1）边沿关系

MT6701 的 SSI 推荐理解方式是：

• 上升沿：MT6701 更新输出位
• 下降沿：主机采样这一位

所以从 MCU 接收的角度看：

下降沿读数是安全的。

2）为什么常配置成 SPI Mode 2

如果 MCU 用 SPI 外设来模拟 SSI，一般会配置成：

• CPOL = 1
• CPHA = 0

即 SPI Mode 2

前面我们刚聊过这个模式：

• CPOL=1：时钟空闲为高
• CPHA=0：第一个边沿采样
• 因为空闲高，所以第一个边沿是下降沿

于是刚好对应：

下降沿采样

这就和 MT6701 的时序要求匹配上了。

3）一句话记忆

如果你总忘，可以直接记：

MT6701 SSI：空闲高，下降沿采样。

五、项目里最关键的一个坑：第一个采样位无效

这是我觉得最值得专门强调的一点。

在项目实践中，虽然 SPI 配成了 Mode 2，但直接读 24 bit 往往还是不对。根本原因在于：

MT6701 是在 CSN 拉低以后才开始驱动 DO 的，而 SPI 主机通常在 CS 拉低后会立刻打时钟。

这样就容易导致：

• 第一个采样点到来时
• DO 还没有准备好真正的首位数据
• MCU 读到的是一个无效空闲位

最终表现就是：

• 24bit 整体错 1 位
• 角度数值完全不对
• CRC 校验失败

实际测试时会发现，解析之后的角度一直在 180 度以上，而且 CRC 无法通过。我们先看两张图：

很明显，数据在时钟空闲（高电平）时更新，之后的第一个边沿（下降沿）采样即可得到正确的数据。SPI 设置为模式 2 符合时序，但是我们的硬件 SPI 在 CSN 拉低时就已经工作了，此时 CLK 为高电平（空闲）。我们看手册里的 Figure 25，当 CLK 第一次下降沿时 DO 还没有写入，读出来的第一个数恒为 1，当然会失败。

解决办法

一个非常实用的技巧是：

不要只读 24 bit，而是多读 8 bit，总共读 32 bit。

然后处理方式是：

1. 连续收 4 个字节
2. 拼成 32 位
3. 左移 1 位
4. 丢弃无效首位
5. 取高 24 位作为真正有效数据帧

这个方法在工程上很好用，能稳定解决首位错位问题。

代码思路示意

uint8_t rx[4];
uint32_t frame32;
uint32_t valid24;

CSN_Low();
spi_read_4bytes(rx);
CSN_High();

frame32 = ((uint32_t)rx[0] << 24) |
          ((uint32_t)rx[1] << 16) |
          ((uint32_t)rx[2] << 8 ) |
          ((uint32_t)rx[3] << 0 );

frame32 <<= 1;                 // 丢弃首个无效位
valid24 = (frame32 >> 8) & 0xFFFFFF;

然后再从 valid24 中拆字段。

六、24bit 数据怎么拆

拿到 valid24 后，就可以这样提取：

uint16_t raw_angle = (valid24 >> 10) & 0x3FFF;   // 14bit
uint8_t  mag_state = (valid24 >> 6)  & 0x0F;     // 4bit
uint8_t  crc_rx    =  valid24        & 0x3F;     // 6bit

解释一下：

• bit23~10：角度值
• bit9~6：磁场状态
• bit5~0：CRC

这和前面说的帧格式一一对应。

七、总结

本文从项目实战的角度，系统梳理了 MT6701 磁编码器在 SSI 模式下的使用要点，核心收获如下：

1. 数据帧结构要记牢：24 bit 数据包含 14 bit 角度、4 bit 磁场状态和 6 bit CRC，解析时必须按位正确提取。

2. 时序配置有讲究：MT6701 的 SSI 要求“空闲高、下降沿采样”，对应 SPI Mode 2（CPOL=1, CPHA=0），这是正确通信的前提。

3. 首位错位是最大陷阱：由于 CSN 拉低后 DO 尚未就绪，直接读 24 bit 会导致首位无效。工程上推荐读 32 bit 再左移丢弃无效位，这是经过验证的可靠方案。

4. 可靠性检查不能省：磁场状态位和 CRC 校验是 MT6701 提供的两大可靠性保障。在电机、CAN 等强干扰环境下，务必检查这两项，否则偶发的位错误很难排查。

5. 代码实现有模板：本文提供的读 32 bit 左移取高 24 bit、再按位拆字段的代码思路，可以直接复用到 STM32 项目中，稍作适配即可稳定运行。

总的来说，MT6701 的 SSI 模式并不复杂，但细节决定成败。只要理解了时序关系，掌握了首位对齐的技巧，并养成检查磁场状态和 CRC 的习惯，就能在项目中稳定可靠地获取绝对角度数据。