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STM32操作24位AD晶片ADS1246

阿新 • • 發佈：2019-01-01

    ADS1246是TI公司大致在2009年中期推出的24位ADC，最高取樣速率可達2Ksps，其為單通道器件，與之相對應的還有ADS1247和ADS1248三通道器件，但特性並非完全一致。據TI資料介紹，ADS1246在ADS1247/ADS1248功能上做出簡化，保留了其部分特性。本次設計，需要用到24位單通道轉換器件，於是考慮用到ADS1246，主控制器用STM32L系列。以下為ADS1246的引腳圖：

    上圖顯示ADS1246引腳圖，其CS/SCLK/DIN/DUT為SPI通訊介面，RESET/START/DRDY為控制與狀態腳，AVDD/AVSS以及DVDD/DGND分別為模擬/數字電源供電端，REFP/REFN為基準源輸入腳，AINP/AINN為模擬訊號輸入端。其中，DRDY忙訊號指示功能可以附加到DOUT引腳上，這樣DRDY腳可以留空。在實際使用中發現，START腳做為ADC的啟動腳，還必須得接出來，因我還未找到有通過軟體能啟動ADS1246轉換的方法，但其DS中有提到START訊號和SLEEP/WAKEUP相類似的功能，暫未深研究。順便 提一下，TI關於ADS1246的文件是改自於另一顆ADC器件的文件，所以極其爛……

    ADS1246的SPI時序，這個是需要提一下的，一般來說，SPI協議在上升沿鎖存資料，下降沿更新資料，這是一般SPI協議的作法。但ADS1246需要在下降沿鎖存資料，上升沿更新資料，在設定SPI暫存器的時候需要注意一下，當我採用一般性設定的時候，發現通訊不正常。以下是STM32L的SPI設定，用的是SPI2。

[cpp] view plain copy  print?
  1. //SPI2配置
  2.     RCC->APB1ENR|=RCC_APB1ENR_SPI2EN;      
  3.     SPI2->CR1=SPI_CR1_MSTR|SPI_CR1_BR|SPI_CR1_SSM|SPI_CR1_SSI|SPI_CR1_CPHA;          //8位模式  
  4.     SPI2->CR1|=SPI_CR1_SPE;    

SPI2的驅動：


[cpp] view plain copy  print?
  1. //SPI2寫資料
  2. void SPI2_WriteBytes(uint8 *TxBuffer,uint16 TxLenth)  
  3. {  
  4.     uint8 i;  
  5.     while(TxLenth--){  
  6.         while( (SPI2->SR & SPI_SR_TXE) == 0 );  
  7.         SPI2->DR=*TxBuffer++;                  
  8.         while((SPI2->SR&SPI_SR_RXNE)==0);  
  9.         i=SPI2->DR;  
  10.     }  
  11.     i++;      
  12. }  

   上程式中i++的引入在於避免keil-MDK產生編譯警告。

[cpp] view plain copy  print?
  1. //SPI2讀資料
  2. void SPI2_ReadBytes(uint8 *RxBuffer,uint16 RxLenth)  
  3. {  
  4.     while(RxLenth--){             
  5.         while((SPI2->SR&SPI_SR_TXE)==0);  
  6.         SPI2->DR=*RxBuffer;  
  7.         while((SPI2->SR&SPI_SR_RXNE)==0);  
  8.         *RxBuffer++=SPI2->DR;          
  9.     }  
  10. }  

    以上驅動程式碼，能保證SPI在最後一個位元組完全傳送完成之後退出，如果沒有等待SPI_SR_RXNE，則僅僅只是把資料轉移到SPI移位暫存器，並未完全送出，不詳述。

    以下介紹我的驅動過程，在驅動ADS1246的時候，主要參考那個網方的58頁的極爛文件，上面沒有明確提到整個上電過程以及初始化過程，至於那個相當重要的自校準過程及操作方法也沒有提到，所以本人摸索了一整天時間，在此整理。

    ADS1246採用SPI通訊 ，其所有通訊引腳（SCK/DIN/DOUT）都在CS腳為低電平的時候有效，在CS為高時均為三態，當DRDY繫結到DOUT腳時，只有在CS為低時才能正確的指示忙狀態，若DRDY採用單獨的引腳，則不受CS控制。ADS1246的所有通訊過程被分為若干個命令組，有的需要帶引數，有的不需要帶引數，其實我也不明白它為什麼要搞那麼麻煩，感覺本來可以很簡單的處理，結果弄的很亂。以下為其命令分組：

    

    大致分為命令類（不帶引數），讀暫存器，寫暫存器三類，以下分別分其實現：

[cpp] view plain copy  print?
  1. //ADS1246命令碼列表
  2. #define ADC_CMD_WAKEUP      0x00            //退出睡眠模式
  3. #define ADC_CMD_SLEEP       0x02            //進入睡眠模式
  4. #define ADC_CMD_SYNC        0x04            //同步ADC轉換
  5. #define ADC_CMD_RESET       0x06            //晶片復位
  6. #define ADC_CMD_NOP     0xFF            //空操作
  7. #define ADC_CMD_RDATA       0x12            //單次讀取資料
  8. #define ADC_CMD_RDATAC      0x14            //連續讀取資料
  9. #define ADC_CMD_SDATAC      0x16            //停止連續讀取
  10. #define ADC_CMD_RREG        0x20            //讀暫存器
  11. #define ADC_CMD_WREG        0x40            //寫暫存器
  12. #define ADC_CMD_SYSOCAL     0x60            //系統偏移校準
  13. #define ADC_CMD_SYSGCAL     0x61            //系統增益校準
  14. #define ADC_CMD_SELFOCAL    0x62            //系統自校準
  15. #define ADC_CMD_RESTRICTED  0xF1            //
[cpp] view plain copy  print?
  1. /*--------------------------------------------------------- 
  2.  寫命令 
  3. ---------------------------------------------------------*/
  4. void ADS1246_WriteCmd(uint8 Cmd)  
  5. {  
  6.     ADC_SPI_CS_CLR  
  7.     ADC_WriteBytes(&Cmd,1);  
  8.     ADC_SPI_CS_SET  
  9. }  
  10. /*--------------------------------------------------------- 
  11.  讀暫存器 
  12. ---------------------------------------------------------*/
  13. void ADS1246_ReadReg(uint8 RegAddr,uint8 *Buffer,uint8 Length)  
  14. {  
  15.     uint8 Cmd[2];  
  16.     ADC_SPI_CS_CLR  
  17.     Cmd[0]=ADC_CMD_RREG|RegAddr;  
  18.     Cmd[1]=Length-1;  
  19.     ADC_WriteBytes(Cmd,2);  
  20.     ADC_ReadBytes(Buffer,Length);  
  21.     Cmd[0]=ADC_CMD_NOP;  
  22.     ADC_WriteBytes(Cmd,1);  
  23.     ADC_SPI_CS_SET  
  24. }  
  25. /*--------------------------------------------------------- 
  26.  寫暫存器 
  27. ---------------------------------------------------------*/
  28. void ADS1246_WriteReg(uint8 RegAddr,uint8 *Buffer,uint8 Length)  
  29. {  
  30.     uint8 Cmd[2];  
  31.     ADC_SPI_CS_CLR  
  32.         Cmd[0]=ADC_CMD_WREG|RegAddr;  
  33.     Cmd[1]=Length-1;  
  34.     ADC_WriteBytes(Cmd,2);  
  35.     ADC_WriteBytes(Buffer,Length);  
  36.     ADC_SPI_CS_SET  
  37. }  

    在寫讀存器時，一定要注意，根據其DS文件第32頁說明，其後發一個NOP命令可以強制DOUT引腳輸出高電平，這樣可以隨後判斷DOUT是否為低進而知道是否處於忙狀態，否則會得到一個脈衝。其實在任何的讀操作完成後，發一個位元組的NOP命令即可將DOUT強制輸出高電平。當DRDY繫結到DOUT的時候，這個是非常重要的。

    在弄清楚以上命令讀寫方法之後，需要實現其忙狀態判別，這個在很多晶片驅動時都會遇到，它直接提示了其內部的工作狀態，只有在不忙時才能繼續執行下一條指令。

[cpp] view plain copy  print?
  1. /*--------------------------------------------------------- 
  2.   忙狀態判斷，最長等待時間，200 X 10 ms=2S 
  3. ---------------------------------------------------------*/
  4. uint8 ADS1246_WaitBusy()  
  5. {  
  6.     uint16 i;  
  7.     ADC_SPI_CS_CLR  
  8.     i=0;  
  9.     while(ADC_RDY_DAT>0){  
  10.         Wrtos_TaskDelay(10);  
  11.         i++; if(i>200)return 1;  
  12.     }  
  13.     ADC_SPI_CS_SET  
  14.     return 0;  
  15. }  

    ADS1246的校準。在ADS1246內部，其前端是一個獨立的多路複用器，其每路輸入跟據功能的不同分別接到了相應的電平上，之後是一個能配置為1/2/4/8/16/32/64/128倍的可變增益放大器，之後是ADC轉換核心，最後是數字濾波器和資料介面部分。對於本器件，它通過MUX複用器的配置能進行PGA增益和系統偏移的校正。

       >. 對於系統偏移校正，指當AIN0-AIN1=0時，在指定的PGA倍率下，ADC的量化輸出，此時理論上應該輸出為0，但往往達不到0。
       >.對於PGA增益校正，指當AIN0-AIN1=VREFP-VREFN時，在PGA=1時，ADC的量化輸出，此時理論上應該輸出為滿量程，但有些設計也達不到。
       以上兩點，是ADS1246的定義，在DS的35頁下方有一個表格，類似以上表述，但這可能和一般性描述有所出入，特別是PGA校正，可能在這裡面它自己還進行了一些未表述出來的工作。以下是其校正實現：   

[cpp] view plain copy  print?
  1. /*--------------------------------------------------------- 
  2.  執行校準---系統校準->偏移校準->增益校準 
  3. ---------------------------------------------------------*/
  4. uint8 ADS1246_Calibrate(uint8 Gain)  
  5. {  
  6.     uint8 R=0,Cmd;  

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