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STM32操作24位AD转换器AD7799芯片

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Vitality1|  楼主 | 2015-3-30 00:07 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
AD7799是早些前ADI公司推出的一款高精度低速24位ADC器件,主要应用于低功耗精密测量场合。最近开发与气压检测相关的产品,选择了这个芯片,经过PCB的合理布线,感觉这颗芯片的效果还不错。
  AD7799内部数字部分和模拟部分的供电是分开的,数字部分由DVCC供电,模拟部分由AVCC供电,经过实验,在只有DVCC而不加AVCC的时候芯片的数字接口部分是可以工作的,这样就可以把AIN3+和AIN3-作为数字信号来启动模拟电源输出AVCC,不知道这样描述是否清楚,主要是为低功耗和省电考虑。
  AD7799内部有三个差分通道,可以分别配置成为差分模式和单端模式,在单端模式下需要保证AINx(+)电压高于AIN(-)电压,否则转换结果为零,这很显然。差分模式下实际上的量化等级只有2的23次方,因为有一位做了符号位,在差分方式下应当注意24位值的符号位处理,应当将其扩展到第32位,做为一个字来处理。
  芯片内部有一个增益可编程的放大器,可以设定增益为1/2//4/8/16/32/64/128倍增益。经本人实际使用其增益还比较精确,只是在高增益时实际测量的值偏差变大。由于分辨率太高,轻微的信号波动和引线布局都对转换结果影响较大,所以在使用前需要对通道进行零度和满度校准。
  零度校准时,芯片内部将差分通道的两个输入端内部短接,这时得到一个转换值存放于内部对应通道的零度偏差寄存器中,满度校准时,芯片内部将两个输入端接到参考电压上,这时得到的转换值存放于内部相应通道的满度寄存器中。至于系统误差校准,这个没做研究。
  利用STM32的SPI接口与相连接,非常完美,它的SPI不以CS线的上升沿做为结束同步标志,CS线仅仅只是做为片选使用,STM32可以工作于硬件CS管理模式。每个字节都可以有CS的复位、置位变化,也可以多个字节只有一次cS的复位、置位变化,很灵活,我还是采用了软件管理CS线的方式。
  编程时,需要特别注意SPI的模式,它的特点(看AD7799的DS中给出的时序图)是SCLK在空闲时保持高电平,数据在SCLK半个周期之后送到MOSI线上,与一般器件的SPI时序有所不同,当然这也是标准SPI时序之后,只是一般器件不采用这种方式。以下是STM32单片机的SPI配置,我用到的是SPI2:

[cpp] view plaincopyprint?


  • //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;   


  这里面需要注意的是CPHA位和SPOL位都需要置位,以便产生和AD7799相符的SPI时序。
  以下是AD7799的寄存器的读写过程,对于这些宏定义或是位定义,就不列出其原始定义的,都是相当简单的定义:

[cpp] view plaincopyprint?


  • /*---------------------------------------------------------
  • Func: AD7799读取寄存器数据
  • 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写入寄存器数据
  • 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  
  • }  

  先写AD7799所谓的COMMUNICATION寄存器,这个寄存器实际上是指每次完整的操作第一个写入的数据字节。下面是判断器件是否内部处于忙状态的代码,实际上是通过不断查询SPI_MISO这根线上的电压来判断的,可以采用中断方式,详看AD7799的DS说明:

[cpp] view plaincopyprint?


  • /*---------------------------------------------------------
  • Func: AD7799忙判断
  • 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;  
  • }  

  为防止器件异常,这里加入的操时,应根据实际情况考虑操时量。以下为通道的校准代码:

[cpp] view plaincopyprint?


  • /*---------------------------------------------------------
  • Func: AD7799通道内部校准
  • 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);  //设置配置寄存器  
  •     Cmd[0]=0x80;  
  •     Cmd[1]=0x0F;  
  •     AD7799_WriteReg(ADC_REG_MODE,Cmd,2);    //进行内部零度校准  
  •     R|=AD7799_WaitBusy();               //等待校准完成  
  •     Cmd[0]=0xA0;  
  •     Cmd[1]=0x0F;                          
  •     AD7799_WriteReg(ADC_REG_MODE,Cmd,2);    //进行内部零度校准  
  •     R|=AD7799_WaitBusy();               //等待校准完成  
  •     return R;  
  • }  


沙发
Vitality1|  楼主 | 2015-3-30 00:08 | 只看该作者
这里进行了单根性转换设置,当然可以改成差分方式。以下为器件初始化方法:

[cpp] view plaincopyprint?


  • /*---------------------------------------------------------
  • Func: AD7799复位
  • 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  
  • }  


[cpp] view plaincopyprint?


  • /*---------------------------------------------------------
  • 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);               //读取器件ID  
  •     if((ID==0xFF)||(ID==0x00))return 1;  
  •     AD7799_Calibrate(ADC_CON_CH1,Gain);             //通道1校准  
  •     AD7799_Calibrate(ADC_CON_CH2,Gain);             //通道2校准  
  •     //AD7799_Calibrate(ADC_CON_CH3,Gain);           //通道3校准   
  •     Cmd[0]=S6|S5|S4;  
  •     AD7799_WriteReg(ADC_REG_IO,Cmd,1);  
  •     return 0;  
  • }  


  以上初始化时对器件ID号做了大致有效性检测,并对通道1和通道2分别做了校准,另外初始化AIN3通道为通用的IO口输出。以下为启动通道测量和读数据方法,如果在启动测量中指定采用单次模式,则每次采样都需要进行Start和Read,这样才能得到结果。如果在启动测量中指定采用连续转换模式,则只需要启动Start,之后只需要不断Read即可,这点请细看AD7799的采样模式那章,有详述,建议看英文的,也比较好懂。

[cpp] view plaincopyprint?


  • /*---------------------------------------------------------
  • Func: AD7799开始转换
  • 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读取转换结果
  • 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;  
  • }  


  实际的应用,连续模式下如下代码所示:

[cpp] view plaincopyprint?


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

[cpp] view plaincopyprint?


  • while(1){  

[cpp] view plaincopyprint?


  • 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);   

[cpp] view plaincopyprint?


  • }  

  以上代码通过配置AD7799为连续转换模式,不断读取转换结果并送到串口上,通过PC机显示,以下为实际的采样结果,实际上是加了一个340uV左右的信号。
  

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板凳
foxglove| | 2015-3-30 08:17 | 只看该作者
STM32操作24位AD转换器AD7799
很好的资料

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地板
wxlhonker| | 2015-3-30 09:53 | 只看该作者
偏差只有五六个uV值啊,厉害:)

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5
zh113214| | 2015-3-30 10:47 | 只看该作者

全面细致,深入剖析,透彻。

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6
vigous1| | 2015-3-30 11:16 | 只看该作者
STM32操作24位AD转换器AD7799

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7
lovecat2015| | 2015-3-30 16:23 | 只看该作者
先用示波器看看spi的时序能不能和ad的spi的时序对应上
然后再看看程序
开始spi的clk不要太快

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