STM32操作24位AD芯片AD7799

只看该作者 · 2015-6-29 10:20

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：

只看该作者 · 2015-6-29 10:21

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#define ADC_SPI_CS_CLR GPIOB->BSRR=GPIO_Pin_12

#define ADC_SPI_CS_SET GPIOB->BSRR=GPIO_Pin_12



#define ADC_RDY_DAT        (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_14))



#define ADC_OP_READ         ((u8)(0x40))

#define ADC_OP_WRITE         ((u8)(0x00))





#define ADC_REG_STAT ((u8)(0x00<<3))

#define ADC_REG_MODE ((u8)(0x01<<3))

#define ADC_REG_CONFIG ((u8)(0x02<<3))

#define ADC_REG_DATA ((u8)(0x03<<3))

#define ADC_REG_ID ((u8)(0x04<<3))

#define ADC_REG_IO ((u8)(0x05<<3))

#define ADC_REG_OFFSET ((u8)(0x06<<3))

//#define ADC_REG_STAT ((unsigned char)(0x07))





#define ADC_CON_CH1 ((u8)(0x00))

#define ADC_CON_CH2 ((u8)(0x01))

#define ADC_CON_CH3 ((u8)(0x02))

#define ADC_CON_AVDD ((u8)(0x07))



#define ADC_CON_GAIN1 ((u8)(0x00))

#define ADC_CON_GAIN2 ((u8)(0x01))

#define ADC_CON_GAIN3 ((u8)(0x02))

#define ADC_CON_GAIN4 ((u8)(0x03))

#define ADC_CON_GAIN5 ((u8)(0x04))

#define ADC_CON_GAIN6 ((u8)(0x05))

#define ADC_CON_GAIN7 ((u8)(0x06))

#define ADC_CON_GAIN8 ((u8)(0x07))



#define ADC_SINGLE_POLAR ((u8)(1<<4))         //单双极性

#define ADC_DOUBLE_POLAR ((u8)(0<<4))



#define ADC_MODE_CONTINUOUS         ((u8)(0<<5))

#define ADC_MODE_ONCE         ((u8)(1<<5))





#define ad7799_StatRDY         ((u8)(1<<7))

#define ad7799_StatERR         ((u8)(1<<6))

#define ad7799_StatNOR         ((u8)(1<<5))



void SPI_Config(void)

{

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;



RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2,ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);



GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);





GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 |GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);



/* SPI2 configuration */

SPI_Cmd(SPI2, DISABLE); //必须先禁能,才能改变MODE

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;         //两线全双工

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;         //主

SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;         //8位

SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;         //CPOL=1 时钟悬空高

SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;         //CPHA=1 数据捕获第2个

SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;         //软件NSS

SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16;         //2分频

SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;         //高位在前

SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;         //CRC7



SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure);

SPI_Cmd(SPI2, ENABLE);





}



 





u8 SPIByte(u8 byte)

{

/*等待发送寄存器空*/

while((SPI2->SR & SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESET);

/*发送一个字节*/

SPI2->DR = byte;

/* 等待接收寄存器有效*/

while((SPI2->SR & SPI_I2S_FLAG_RXNE)==RESET);

return(SPI2->DR);

}

/*--------------------------------------------------------- 

Func: AD7799读取寄存器数据 

Time: 2012-3-29 

Ver.: V1.0 

Note: 

---------------------------------------------------------*/ 

void AD7799_ReadReg(u8 RegAddr,u8 *Buffer,u8 Length) 

{ 

u8 i; 

ADC_SPI_CS_CLR; 

RegAddr|=ADC_OP_READ; 

//ADC_WriteBytes(&RegAddr,1); 

//ADC_ReadBytes(Buffer,Length); 

SPIByte(RegAddr); 

for(i=0;i<Length;i++)

{

Buffer[i]=SPIByte(Buffer[i]);

}

ADC_SPI_CS_SET; 

} 





/*--------------------------------------------------------- 

Func: AD7799写入寄存器数据 

Time: 2012-3-29 

Ver.: V1.0 

Note: 

---------------------------------------------------------*/ 

void AD7799_WriteReg(u8 RegAddr,u8 *Buffer,u8 Length) 

{ 

u8 i; 

ADC_SPI_CS_CLR; 

RegAddr|=ADC_OP_WRITE; 

//ADC_WriteBytes(&RegAddr,1); 

//ADC_WriteBytes(Buffer,Length); 

SPIByte(RegAddr); 

for(i=0;i<Length;i++)

{

SPIByte(Buffer[i]);

}        

ADC_SPI_CS_SET; 

} 

/*--------------------------------------------------------- 

Func: AD7799忙判断 

Time: 2012-3-29 

Ver.: V1.0 

Note: 0/OK >0/ERROR,timeout 

---------------------------------------------------------*/ 

u8 AD7799_WaitBusy() 

{ 

u16 i; 

ADC_SPI_CS_CLR; 

i=0; 

while(ADC_RDY_DAT>0)

{ 

i++; 

if(i>5000)

return 1; 

} 

ADC_SPI_CS_SET; 

return 0; 

}



/*--------------------------------------------------------- 

Func: AD7799通道内部校准 

Time: 2012-3-29 

Ver.: V1.0 

Note: 0/OK >0/Error 

---------------------------------------------------------*/ 

u8 AD7799_Calibrate(u8 CHx,u8 Gain) 

{ 

u8 R,Cmd[2]; 

Cmd[0]=0x30|Gain; //0x10代表配置寄存器高八位中单双极性位置1

Cmd[1]=0x30|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); //进行内部满肚校准 

R|=AD7799_WaitBusy(); //等待校准完成



/*        Cmd[0]=0xC0; 

Cmd[1]=0x0F; 

AD7799_WriteReg(ADC_REG_MODE,Cmd,2); //进行系统零度校准 

R|=AD7799_WaitBusy(); //等待校准完成 

Cmd[0]=0xE0; 

Cmd[1]=0x0F; 

AD7799_WriteReg(ADC_REG_MODE,Cmd,2); //进行系统满度校准 

R|=AD7799_WaitBusy(); //等待校准完成 */



return R; 

} 

u8 AD7799_Read_STAT(void)

{

u8 Cmd[2];

AD7799_ReadReg(ADC_REG_STAT,Cmd,1);

return Cmd[0];

}



u16 AD7799_Read_CONFIH(void)

{

u8 Cmd[2];

AD7799_ReadReg(ADC_REG_CONFIG,Cmd,2);

return (Cmd[0]<<8)+Cmd[1];

}

/*--------------------------------------------------------- 

Func: AD7799复位 

Time: 2012-3-29 

Ver.: V1.0 

Note: 0/OK >0/Error 

---------------------------------------------------------*/ 

void AD7799_Reset() 

{ 

// u8 Cmd[4]={0xFF,0xFF,0xFF,0xFF}; 

ADC_SPI_CS_CLR; 

// ADC_WriteBytes(Cmd,4); 

SPIByte(0xFF);

SPIByte(0xFF);

SPIByte(0xFF);

SPIByte(0xFF);

ADC_SPI_CS_SET; 

} 

/*--------------------------------------------------------- 

Func: AD7799初始化 

Time: 2012-3-29 

Ver.: V1.0 

Note: 0/OK >0/Error 

---------------------------------------------------------*/ 

u8 AD7799_Init(u8 Gain) 

{ 

u8 ID,Cmd[2]; 

AD7799_Reset(); 

delay_ms(5); 

// 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]=0<<6; 

// AD7799_WriteReg(ADC_REG_IO,Cmd,1); 

return 0; 

}



/*--------------------------------------------------------- 

Func: AD7799开始转换 

Time: 2012-3-29 

Ver.: V1.0 

Note: 

---------------------------------------------------------*/ 

void AD7799_Start(u8 CovChx,u8 CovGain,u8 CovRate,u8 CovMode) 

{ 

u8 Cmd[2]; 

Cmd[0]=0x30|CovGain; 

Cmd[1]=0x30|CovChx; //0x30

AD7799_WriteReg(ADC_REG_CONFIG,Cmd,2); 

Cmd[0]=0x10|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: 

---------------------------------------------------------*/ 

u32 AD7799_Read() 

{ 

u8 Cmd[4]; 

u16 i=0;

u32 D; 

Cmd[0]=0; 

while((AD7799_Read_STAT()&ad7799_StatRDY)!=0)

{

i++;

if(i>10000)

break;

}

if((AD7799_Read_STAT()&ad7799_StatERR)==0)

{

AD7799_ReadReg(ADC_REG_DATA,Cmd,3); 

D=(Cmd[0]<<16)+(Cmd[1]<<8)+Cmd[2];

return D; 

}

else

{

AD7799_ReadReg(ADC_REG_DATA,Cmd,4); 

return 0xFFFFFF;

}



}



void ADt7799test()

{

u32 Val;

u16 a;

AD7799_Init(ADC_CON_GAIN1); 

AD7799_Start(ADC_CON_CH1,ADC_CON_GAIN1,0x01,ADC_MODE_CONTINUOUS);



AD7799_Read(); 

AD7799_Read();

AD7799_Read();

AD7799_Read(); 

AD7799_Read();

AD7799_Read();





}

只看该作者 · 2015-6-29 10:21

下面说一下自己遇到的问题：

一：增益1和2起作用，4-128不起作用，增益1与2不通过内部放大器，4-128时通过内部放大器，问题出在电路设计上：

当使用IN-AMP时，AIN+与AIN-的工作范围为(GND+300mV)~(AVDD-1.1V)；

共模电压>0.5V是指[(AIN+)+(AIN-)]/2>0.5V即可

如果你的AIN-一定要接GND，那一定是无法使用In-Amp，只能使用unbuffer模式。

我们输入用的单端模式0-5v，所以无法使用4-128增益

二：编程中用到的管教

CS、SCLK、DIN、DOUT（注意时钟频率的选择，查看片选是否生效，输入输出高低电平是否正确）

三：三路差分输入，第三路能设置成IO口，如果不用最好设成模拟输入

四：根据REFIN(+)和REFIN(-)配置寄存器单双极性选择

1万 · 2015-7-3 17:09

这么高精度可以做数字示波器。

只看该作者 · 2017-2-9 13:57

怎么移植到AVR中呢?

1万 · 2017-2-10 21:45

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.

只看该作者 · 2017-5-8 15:00

楼主 #define ADC_SPI_CS_CLR GPIOB->BSRR=GPIO_Pin_12 就错啦应该是BRR

1万 · 2017-5-9 21:36

这个采用SPider总线控制的，数据传输速度上不成问题的

只看该作者 · 2017-5-14 20:12

单片机常用的总线如i2c、spi、uart等，将其硬件抽象层分离，相关外设在其抽象层上的应用函数接口调用。这样的好处是：
1、外设的驱动方便移植到任何单片机；
2、外设总线方便移植到其他单片机，只需更改部分寄存器配置；
3、总线调试OK后，调试新的外设程序时，不用重重复复调试总线的程序。
比如：楼主的程序不太好，应该spi总线和这个AD设备分离，假如我这个spi总线要挂其他spi设备（传感器、ADC、EEPROM等），那不需重新写一次总线程序。假设换了一家公司，用了不同单片机，这个eeprom程序可以方便移植到任何单片机。

只看该作者 · 2017-5-14 20:12

Glory分享发表于 2017-2-9 13:57
怎么移植到AVR中呢?

单片机常用的总线如i2c、spi、uart等，将其硬件抽象层分离，相关外设在其抽象层上的应用函数接口调用。这样的好处是：
1、外设的驱动方便移植到任何单片机；
2、外设总线方便移植到其他单片机，只需更改部分寄存器配置；
3、总线调试OK后，调试新的外设程序时，不用重重复复调试总线的程序。

只看该作者 · 2018-8-30 14:15

写的非常棒，受教了

STM32操作24位AD芯片AD7799

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