STM32操作24位AD轉(zhuǎn)換器AD7799芯片

ZLM_圖書(shū)館 2014-07-04

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　　AD7799是早些前ADI公司推出的一款高精度低速24位ADC器件，主要應(yīng)用于低功耗精密測(cè)量場(chǎng)合。最近開(kāi)發(fā)與氣壓檢測(cè)相關(guān)的產(chǎn)品，選擇了這個(gè)芯片，經(jīng)過(guò)PCB的合理布線(xiàn)，感覺(jué)這顆芯片的效果還不錯(cuò)。

　　AD7799內(nèi)部數(shù)字部分和模擬部分的供電是分開(kāi)的，數(shù)字部分由DVCC供電，模擬部分由AVCC供電，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，在只有DVCC而不加AVCC的時(shí)候芯片的數(shù)字接口部分是可以工作的，這樣就可以把AIN3+和AIN3-作為數(shù)字信號(hào)來(lái)啟動(dòng)模擬電源輸出AVCC，不知道這樣描述是否清楚，主要是為低功耗和省電考慮。

　　AD7799內(nèi)部有三個(gè)差分通道，可以分別配置成為差分模式和單端模式，在單端模式下需要保證AINx(+)電壓高于AIN(-)電壓，否則轉(zhuǎn)換結(jié)果為零，這很顯然。差分模式下實(shí)際上的量化等級(jí)只有2的23次方，因?yàn)橛幸晃蛔隽朔?hào)位，在差分方式下應(yīng)當(dāng)注意24位值的符號(hào)位處理，應(yīng)當(dāng)將其擴(kuò)展到第32位，做為一個(gè)字來(lái)處理。

　　芯片內(nèi)部有一個(gè)增益可編程的放大器，可以設(shè)定增益為1/2//4/8/16/32/64/128倍增益。經(jīng)本人實(shí)際使用其增益還比較精確，只是在高增益時(shí)實(shí)際測(cè)量的值偏差變大。由于分辨率太高，輕微的信號(hào)波動(dòng)和引線(xiàn)布局都對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果影響較大，所以在使用前需要對(duì)通道進(jìn)行零度和滿(mǎn)度校準(zhǔn)。

　　零度校準(zhǔn)時(shí)，芯片內(nèi)部將差分通道的兩個(gè)輸入端內(nèi)部短接，這時(shí)得到一個(gè)轉(zhuǎn)換值存放于內(nèi)部對(duì)應(yīng)通道的零度偏差寄存器中，滿(mǎn)度校準(zhǔn)時(shí)，芯片內(nèi)部將兩個(gè)輸入端接到參考電壓上，這時(shí)得到的轉(zhuǎn)換值存放于內(nèi)部相應(yīng)通道的滿(mǎn)度寄存器中。至于系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)，這個(gè)沒(méi)做研究。

　　利用STM32的SPI接口與相連接，非常完美，它的SPI不以CS線(xiàn)的上升沿做為結(jié)束同步標(biāo)志，CS線(xiàn)僅僅只是做為片選使用，STM32可以工作于硬件CS管理模式。每個(gè)字節(jié)都可以有CS的復(fù)位、置位變化，也可以多個(gè)字節(jié)只有一次cS的復(fù)位、置位變化，很靈活，我還是采用了軟件管理CS線(xiàn)的方式。

　　編程時(shí)，需要特別注意SPI的模式，它的特點(diǎn)（看AD7799的DS中給出的時(shí)序圖）是SCLK在空閑時(shí)保持高電平，數(shù)據(jù)在SCLK半個(gè)周期之后送到MOSI線(xiàn)上，與一般器件的SPI時(shí)序有所不同，當(dāng)然這也是標(biāo)準(zhǔn)SPI時(shí)序之后，只是一般器件不采用這種方式。以下是STM32單片機(jī)的SPI配置，我用到的是SPI2：

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//SPI2配置
RCC->APB1ENR|=RCC_APB1ENR_SPI2EN;
SPI2->CR1=SPI_CR1_MSTR|SPI_CR1_CPOL|SPI_CR1_CPHA|SPI_CR1_BR_0|SPI_CR1_SSM|SPI_CR1_SSI; //8位模式
SPI2->CR1|=SPI_CR1_SPE;

　　這里面需要注意的是CPHA位和SPOL位都需要置位，以便產(chǎn)生和AD7799相符的SPI時(shí)序。

　　以下是AD7799的寄存器的讀寫(xiě)過(guò)程，對(duì)于這些宏定義或是位定義，就不列出其原始定義的，都是相當(dāng)簡(jiǎn)單的定義：

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/*---------------------------------------------------------
Func: AD7799讀取寄存器數(shù)據(jù)
Time: 2012-3-29
Ver.: V1.0
Note:
---------------------------------------------------------*/
void AD7799_ReadReg(uint8 RegAddr,uint8 *Buffer,uint8 Length)
{
ADC_SPI_CS_CLR
RegAddr|=ADC_OP_READ;
ADC_WriteBytes(&RegAddr,1);
ADC_ReadBytes(Buffer,Length);
ADC_SPI_CS_SET
}
/*---------------------------------------------------------
Func: AD7799寫(xiě)入寄存器數(shù)據(jù)
Time: 2012-3-29
Ver.: V1.0
Note:
---------------------------------------------------------*/
void AD7799_WriteReg(uint8 RegAddr,uint8 *Buffer,uint8 Length)
{
uint8 Cmd;
ADC_SPI_CS_CLR
RegAddr|=ADC_OP_WRITE;
ADC_WriteBytes(&RegAddr,1);
ADC_WriteBytes(Buffer,Length);
ADC_SPI_CS_SET
}

　　先寫(xiě)AD7799所謂的COMMUNICATION寄存器，這個(gè)寄存器實(shí)際上是指每次完整的操作第一個(gè)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)。下面是判斷器件是否內(nèi)部處于忙狀態(tài)的代碼，實(shí)際上是通過(guò)不斷查詢(xún)SPI_MISO這根線(xiàn)上的電壓來(lái)判斷的，可以采用中斷方式，詳看AD7799的DS說(shuō)明：

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/*---------------------------------------------------------
Func: AD7799忙判斷
Time: 2012-3-29
Ver.: V1.0
Note: 0/OK >0/ERROR,timeout
---------------------------------------------------------*/
uint8 AD7799_WaitBusy()
{
uint16 i;
ADC_SPI_CS_CLR
i=0;
while(ADC_RDY_DAT>0){
　　　i++; if(i>2000)return 1;
}
ADC_SPI_CS_SET
return 0;
}

　　為防止器件異常，這里加入的操時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮操時(shí)量。以下為通道的校準(zhǔn)代碼：

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/*---------------------------------------------------------
Func: AD7799通道內(nèi)部校準(zhǔn)
Time: 2012-3-29
Ver.: V1.0
Note: 0/OK >0/Error
---------------------------------------------------------*/
uint8 AD7799_Calibrate(uint8 CHx,uint8 Gain)
{
uint8 R,Cmd[2];
Cmd[0]=0x10|Gain;
Cmd[1]=0x10|CHx;
AD7799_WriteReg(ADC_REG_CONFIG,Cmd,2); //設(shè)置配置寄存器
Cmd[0]=0x80;
Cmd[1]=0x0F;
AD7799_WriteReg(ADC_REG_MODE,Cmd,2); //進(jìn)行內(nèi)部零度校準(zhǔn)
R|=AD7799_WaitBusy(); //等待校準(zhǔn)完成
Cmd[0]=0xA0;
Cmd[1]=0x0F;
AD7799_WriteReg(ADC_REG_MODE,Cmd,2); //進(jìn)行內(nèi)部零度校準(zhǔn)
R|=AD7799_WaitBusy(); //等待校準(zhǔn)完成
return R;
}

　　這里進(jìn)行了單根性轉(zhuǎn)換設(shè)置，當(dāng)然可以改成差分方式。以下為器件初始化方法：

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/*---------------------------------------------------------
Func: AD7799復(fù)位
Time: 2012-3-29
Ver.: V1.0
Note: 0/OK >0/Error
---------------------------------------------------------*/
void AD7799_Reset()
{
uint8 Cmd[4]={0xFF,0xFF,0xFF,0xFF};
ADC_SPI_CS_CLR
ADC_WriteBytes(Cmd,4);
ADC_SPI_CS_SET
}

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/*---------------------------------------------------------
Func: AD7799初始化
Time: 2012-3-29
Ver.: V1.0
Note: 0/OK >0/Error
---------------------------------------------------------*/
uint8 AD7799_Init(uint8 Gain)
{
uint8 ID,Cmd[2];
AD7799_Reset();
Wrtos_TaskDelay(10);
AD7799_ReadReg(ADC_REG_ID,&ID,1); //讀取器件ID
if((ID==0xFF)||(ID==0x00))return 1;
AD7799_Calibrate(ADC_CON_CH1,Gain); //通道1校準(zhǔn)
AD7799_Calibrate(ADC_CON_CH2,Gain); //通道2校準(zhǔn)
//AD7799_Calibrate(ADC_CON_CH3,Gain); //通道3校準(zhǔn)
Cmd[0]=S6|S5|S4;
AD7799_WriteReg(ADC_REG_IO,Cmd,1);
return 0;
}

　　以上初始化時(shí)對(duì)器件ID號(hào)做了大致有效性檢測(cè)，并對(duì)通道1和通道2分別做了校準(zhǔn)，另外初始化AIN3通道為通用的IO口輸出。以下為啟動(dòng)通道測(cè)量和讀數(shù)據(jù)方法，如果在啟動(dòng)測(cè)量中指定采用單次模式，則每次采樣都需要進(jìn)行Start和Read，這樣才能得到結(jié)果。如果在啟動(dòng)測(cè)量中指定采用連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，則只需要啟動(dòng)Start，之后只需要不斷Read即可，這點(diǎn)請(qǐng)細(xì)看AD7799的采樣模式那章，有詳述，建議看英文的，也比較好懂。

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/*---------------------------------------------------------
Func: AD7799開(kāi)始轉(zhuǎn)換
Time: 2012-3-29
Ver.: V1.0
Note:
---------------------------------------------------------*/
void AD7799_Start(uint8 CovChx,uint8 CovGain,uint8 CovRate,uint8 CovMode)
{
uint8 Cmd[2];
Cmd[0]=0x10|CovGain;
Cmd[1]=0x10|CovChx;
AD7799_WriteReg(ADC_REG_CONFIG,Cmd,2);
Cmd[0]=CovMode;
Cmd[1]=CovRate;
AD7799_WriteReg(ADC_REG_MODE,Cmd,2);
}
/*---------------------------------------------------------
Func: AD7799讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果
Time: 2012-3-29
Ver.: V1.0
Note:
---------------------------------------------------------*/
uint32 AD7799_Read()
{
uint8 Cmd[4];
uint32 D;
Cmd[0]=0;
AD7799_ReadReg(ADC_REG_DATA,&Cmd[1],3);
D=TTS_D32FromArray(Cmd,1);
return D;
}

　　實(shí)際的應(yīng)用，連續(xù)模式下如下代碼所示：

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AD7799_Init(ADC_CON_GAIN1);
AD7799_Start(ADC_CON_CH1,ADC_CON_GAIN1,0x0F,ADC_MODE_CONTINUOUS);

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while(1){

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AD7799_WaitBusy();
Val=AD7799_Read();
F=(Val>>5);
F=(f32)(F*5000/33554.432);
TTS_StringFromNumber(Buf,F,'D',6);
L=TTS_StringAppend(Buf,"uV \n");
USART1_WriteDatas(Buf,L,0);

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}

　　以上代碼通過(guò)配置AD7799為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，不斷讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并送到串口上，通過(guò)PC機(jī)顯示，以下為實(shí)際的采樣結(jié)果，實(shí)際上是加了一個(gè)340uV左右的信號(hào)。

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來(lái)自： ZLM_圖書(shū)館 > 《EDA》

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