18bit ADC 转换 MCP3424的使用说明

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英文规格书下载链接如下MCP3424英文规格书：

https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22088c.pdf

中文规格书下载参考MCP3421规格书(单通道)

2009版

https://bbs.**/jishu_2245219_1_1.html

2006版

MCP3421中文资料 (带I2C-电子电路图,电子技术资料网站

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以下2种封装左：TSSOP(管脚细，间距密0.65mm) 和右：SOIC（管脚粗，间距大1.27mm）

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18位分辨率

4通道差分输入操作

差异输入操作

板载电压参考，15 ppm /°C漂移

板载PGA，增益为1,2,4,8

可编程数据速率选项

3.75 SPS（18位）

15 SPS（16位）

60 SPS（14位）

240 SPS（12位）

INL 10 ppm FSR max

低电流消耗，3V时135μA

一次性或连续转换选项

支持具有用户可配置地址的I2C™串行接口

扩展温度范围：-40°C至+ 125°C

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最近由于项目需要使用到了MCP3424，这款芯片，概述如下：
MCP3422、 MCP3423 和 MCP3424 器件（ MCP3422/3/4）为 Microchip MCP342X 系列的低噪声和高精度 18 位  A/D（ delta-sigma analog-to-digital）转换器。

这些器件可将模拟输入信号转换成分辨率高达18 位的数字代码。

片内 2.048V 基准电压使输入电压范围为 ±2.048V 差分输入（满量程范围 = 4.096V/PGA）。

用户通过 2 线 I2C 串行接口对控制配置位进行设定，从而使这些器件按3.75、 15、 60或240采样/秒（ samplesper second， SPS）的速率进行转换。

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在每个转换周期内，器件自动对失调和增益误差进行校正。器件可以在不同的温度和电源电压波动下，在不同转换周期内提供精确的转换结果。

用户可在 A/D 转换之前选择 PGA 增益为 x1、 x2、 x4 或x8 对信号进行放大。这允许 MCP3422/3/4 器件在高分辨率下仍可转换很小的输入信号。

MCP3422/3/4 器件提供两种转换模式：（ a）单次转换模式和（ b）连续转换模式。

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在单次转换模式时，器件在完成一次转换后自动进入低电流待机模式，直至接收到新的转换命令。这样可显著降低空闲周期内的电流消耗。

在连续转换模式时，器件以设定的转换速率进行连续转换，并用最新的转换数据来更新输出缓冲器中的数据。

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器件采用 2.7V 至 5.5V 单电源供电，并使用兼容标准（ 100 kHz）、快速（ 400 kHz）或高速（ 3.4 MHz）模式的两线 I2C 串行接口。MCP3423和MCP3424的I2C地址位可使用两个外部I2C地址选择引脚（ Adr0 和 Adr1）进行设置。通过将这两个地址选择引脚连接到 VDD、 VSS 或浮空，用户可以将器件的地址配置成 8 个可选地址中的一个。 MCP3422的 I2C 地址位在工厂生产时进行编程设置。

概述挺多，不过总结起来就是，这款芯片拥有四个通道可以进行18位的模拟信号采集，使用两线 I2C 进行数据通信。

首先这款芯片的使用，要使用I2C进行数据通信，这里采用软件I2C的方式，进行数据通信。使用的代码是用了正点原子的I2C代码，这里就不多赘述了，直接看要如何配置和读取数据。

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MCP3424配置
在进行MCP3424配置之前，需要对其可配置的内容进行了解，首先MCP3424的配置包括：工作模式（连续转换模式，单次转换模式）、通道选择、采样速率、PGA增益。而且这款芯片有个配置寄存器需要知道的，定义如下：

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工作模式
连续转换模式

如果 O/C 位设置成逻辑 “高”，器件将进行连续转换。一旦完成转换， RDY 位触发成 0，同时将结果放置在输出数据寄存器中。器件马上开始另外一次转换，并用最新的数据覆盖掉输出数据寄存器中原来的数据。当转换结束时，器件清除数据就绪标志位（ RDY 位 = 0）。如果主器件读取了最新转换结果，则器件设置数据就绪标志位（ RDY 位 = 1）。
• 写配置寄存器时：
- 在连续模式下设置RDY位不会产生任何效果。
• 读转换数据时：
- RDY 位 = 0，意味着最新转换结果就绪。
- RDY 位 = 1，意味着自上次转换后，转换结果并没有被更新。新的转换正在进行中，当新的转换结果就绪时， RDY 位将被清除。

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单次转换模式

若选择单次转换模式，器件仅进行一次转换，并更新输出数据寄存器，清除数据就绪标志位（ RDY = 0），然后进入低功耗待机模式。当器件接收到新的写命令且RDY = 1 时，则开始新的单次转换。
• 写配置寄存器时：
- 在单次转换模式下， RDY 位需要设置，然后才能开始一次新的转换。
• 读转换数据时：
- RDY 位 = 0 意味着最新转换结果就绪。
- RDY 位 = 1 意味着自上次转换后，转换结果并没有被更新。新的转换正在进行中，当新的转换结果就绪时， RDY 位将被清除。

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代码进行配置

前面已经对MCP3424的配置内容有了了解，后面就开始使用代码进行配置。

对所有配置进行宏定义，从而增加配置时的代码可读性。

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#define CMD_READ    0xD1
#define CMD_WRITE 0xD0

//MCP3424
// fields in configuration register
//  RDY C1 C0 nO/C S1 S0 G1 G0
#define MCP342X_GAIN_X1 0x00 // PGA gain X1
#define MCP342X_GAIN_X2 0x01 // PGA gain X2
#define MCP342X_GAIN_X4 0x02 // PGA gain X4
#define MCP342X_GAIN_X8 0x03 // PGA gain X8

#define MCP342X_12_BIT    0x00 // 12-bit  240 SPS 5ms
#define MCP342X_14_BIT    0x04 // 14-bit 60 SPS 17ms
#define MCP342X_16_BIT    0x08 // 16-bit 15 SPS 67ms
#define MCP342X_18_BIT    0x0C // 18-bit 3.75 SPS  267ms

#define MCP342X_CONTINUOUS 0x10 // 1 = continuous, 0 = one-shot
#define MCP342X_ONESHOT       0x00 // 1 = continuous, 0 = one-shot

#define MCP342X_CHANNEL_1  0x00 // select MUX channel 1
#define MCP342X_CHANNEL_2  0x20 // select MUX channel 2
#define MCP342X_CHANNEL_3  0x40 // select MUX channel 3
#define MCP342X_CHANNEL_4  0x60 // select MUX channel 4

#define MCP342X_START    0x80 // write: start a conversion
#define MCP342X_BUSY    0x80 // read: output not ready

#define MCP342X_CHAL_1_CONFIG MCP342X_CHANNEL_1|MCP342X_CONTINUOUS|MCP342X_16_BIT|MCP342X_GAIN_X1
#define MCP342X_CHAL_2_CONFIG MCP342X_CHANNEL_2|MCP342X_CONTINUOUS|MCP342X_16_BIT|MCP342X_GAIN_X1
#define MCP342X_CHAL_3_CONFIG MCP342X_CHANNEL_3|MCP342X_CONTINUOUS|MCP342X_16_BIT|MCP342X_GAIN_X1
#define MCP342X_CHAL_4_CONFIG MCP342X_CHANNEL_4|MCP342X_CONTINUOUS|MCP342X_16_BIT|MCP342X_GAIN_X1

#define LSB_12BIT       1000 //uV
#define LSB_13BIT       250
#define LSB_16BIT       65.5
#define LSB_18BIT       15.625

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使用I2C对MCP3424进行配置的时候，流程如下：

起始信号->发送写控制码->等待ACK->发送配置信息->等待ACK->停止信号。

具体代码如下

只看该作者 · 2023-11-30 23:32

/***************************************************************************
* @fn       IIC_MCP3424_CHANGE_CHL
*
* @brief    对MCP3424进行配置，一共四个通道，每次只配置一个通道
*
* @DATA       2018年06月05日
*
* @param    u8 channel，通道号（1-4）
*
*
* @return    void
***************************************************************************
*/
void IIC_MCP3424_CHANGE_CHL(u8 channel)
{
switch (channel)
{
      case 1:
         IIC_Start();
         IIC_Send_Byte(CMD_WRITE);//告知MCP3424将要进行写操作
         IIC_Wait_Ack();
         IIC_Send_Byte(MCP342X_CHAL_1_CONFIG);//配置CP3424
         IIC_Wait_Ack();
         IIC_Stop();
         break;
      case 2:
         IIC_Start();
         IIC_Send_Byte(CMD_WRITE);
         IIC_Wait_Ack();
         IIC_Send_Byte(MCP342X_CHAL_2_CONFIG);
         IIC_Wait_Ack();
         IIC_Stop();
         break;
      case 3:
         IIC_Start();
         IIC_Send_Byte(CMD_WRITE);
         IIC_Wait_Ack();
         IIC_Send_Byte(MCP342X_CHAL_3_CONFIG);
         IIC_Wait_Ack();
         IIC_Stop();
         break;
      case 4:
         IIC_Start();
         IIC_Send_Byte(CMD_WRITE);
         IIC_Wait_Ack();
         IIC_Send_Byte(MCP342X_CHAL_4_CONFIG);
         IIC_Wait_Ack();
         IIC_Stop();
         break;
      default:
         break;
}
}

只看该作者 · 2023-11-30 23:32

这样，MCP32424就配置完成了，然后在这里，我是先配置一个通道的参数，然后读取这个通道的数值，然后再配置下一个通道。

MCP3424数据读取
前面配置讲完了，后面进行数据读取的说明。

进行MCP3424的数据读取时，需要注意的是，不同的采样精度，读取的数据长度不同，18位精度的读取回来的数据长度为4，前3个数值都是采样到的数据(高位在前)，第4个是MCP3424的配置信息。主要是18位精度有区别，其他的12位，14位，16位读取的长度都为3，前2个数值都是采样到的数据(高位在前)，第3个是MCP3424的配置信息。

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数据的读取流程如下：

起始信号->发送读控制码->等待ACK->读取第1个数据->等待ACK->读取第2个数据->等待ACK->读取第3个数据->（等待ACK->读取第4个数据->）等待NACK->停止信号。

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下面贴出18位和16位的数据读取代码：

复制

/***************************************************************************

 * @fn          IIC_MCP3424_READ_16bit

 *     

 * @brief       读取MCP3424当前通道的数据

 *     

 * @data        2018年06月05日

 *     

 * @param       uint32_t *adcDate ：当前通道的测量出来的数值

 *              

 *              

 * @return      uint8_t：当前通道的配置信息

 ***************************************************************************

 */ 

uint8_t IIC_MCP3424_READ_16bit(int16_t *adcDate)

{

    uint8_t readBuff[2] = {0};

    uint8_t configMCP3424 = 0;

    

    IIC_Start();

    IIC_Send_Byte(CMD_READ);//告知MCP3424进行数据读取

    IIC_Wait_Ack();

    readBuff[0] = IIC_Read_Byte(ACK);//第一字节为数据高位

    readBuff[1] = IIC_Read_Byte(ACK);//第二字节为数据低位

 

    configMCP3424 = IIC_Read_Byte(NACK);//第三字节为MCP3424的配置

    IIC_Stop();

    

    if((configMCP3424 & 0x80) == MCP342X_BUSY) 

    {

        *adcDate = 0x7AAA; //此时MCP3424返回的数值为无效数值

    }

    else

    {

        *adcDate = (int32_t)readBuff[0] << 8;//整合数据

        *adcDate = (int32_t)readBuff[1] | *adcDate;

        

    }

    

    

    return configMCP3424;

}

/***************************************************************************

 * @fn          IIC_MCP3424_READ_18bit

 *     

 * @brief       读取MCP3424当前通道的数据

 *     

 * @data        2018年06月05日

 *     

 * @param       uint32_t *adcDate ：当前通道的测量出来的数值

 *              

 *              

 * @return      uint8_t：当前通道的配置信息

 ***************************************************************************

 */ 

uint8_t IIC_MCP3424_READ_18bit(int32_t *adcDate)

{

    uint8_t readBuff[3] = {0};

    uint8_t configMCP3424 = 0;

    

    IIC_Start();

    IIC_Send_Byte(CMD_READ);//告知MCP3424进行数据读取

    IIC_Wait_Ack();

    readBuff[0] = IIC_Read_Byte(ACK);//第一字节为数据高位（数据长度为18bit）

    readBuff[1] = IIC_Read_Byte(ACK);//第二字节为数据中位

    readBuff[2] = IIC_Read_Byte(ACK);//第三字节为数据低位

    configMCP3424 = IIC_Read_Byte(NACK);//第四字节为MCP3424的配置

    IIC_Stop();

    

    if((configMCP3424 & 0x80) == MCP342X_BUSY) 

    {

        *adcDate = 0xAAAAAAAA; //此时MCP3424返回的数值为无效数值

    }

    else

    {

        //*adcDate = ((int32_t)readBuff[0] & 0x80) << 24 | *adcDate;//整合数据

        *adcDate = ((int32_t)readBuff[0] & 0x01) << 16 | *adcDate;//整合数据

        *adcDate = (int32_t)readBuff[1] << 8 | *adcDate;

        *adcDate = (int32_t)readBuff[2] | *adcDate;

        

        if(readBuff[0] & 0x80)

        {

            *adcDate = 0x0001FFFF - *adcDate;

            *adcDate = 0 - *adcDate;

        }

        

    }

    

    return configMCP3424;

}