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FDC2214——電容感測器晶片的使用與配置(STM32控制)

    這裡介紹Ti公司的一款低功耗高精度的電容感測器晶片FDC2214,這裡我們主要講的是其簡單配置及其使用。

    以下大多數的圖片都來自於FDC2214的晶片手冊,本人只是用來講解,不做它用。(如有更多需要,自行前往Ti官網進行下載)

    首先我們先來看一下晶片的主要特性:

      從晶片手冊上可知,其供電電壓為2.7V到3.6V,諧振頻率從10kHz to 10MHz,資料位數為28位,即精度為1/2^28,FDC2214有4個採集通道,其與MCU的通訊方式為IIC。

      這裡我們用軟體IIC來實現與FDC2214的通訊。

      其次我們來看一下晶片的引腳圖:

  

      通過晶片手冊我們可知寫時序為:

讀時序為:

讀完整個晶片手冊我們發現,其從機的地址說的並不是很清楚,這裡通過測試發現其從機地址(FDC2214為從機)如下

當ADDR為低時:0x2A,這裡二進位制表示為0010 1010,這裡我們需要移除最高位,即為010 1010_,這裡當最後一位為低時表示向FDC2214寫入資料,為高時,是讀出資料。

及ADDR = L:0x54為寫,0x55為讀;

同理當ADDR = H:0x56為寫,0x57為讀;

即通訊的原理框圖如下(以ADDR為低為例):

(1) 寫時序:

 

(2)讀時序:

 

瞭解完時序之後,我們就可以開始進行暫存器的配置,這裡晶片手冊上已經給出該怎麼配置,如下圖:

這裡不細說每個暫存器是幹什麼的,如有需要,可以參照晶片手冊,這裡,我們需要改一個暫存器的配置,就是地址為0x1A的暫存器,

該暫存器的值如下:

這裡我們需要配置第9位,將其配置為0,使用內部晶振,那麼0x1A暫存器的值改為 0x1401。

這裡我們開始寫程式,

這裡IIC的程式,我們使用的是正點原子的庫,其庫函式如下:

//IIC
void IIC_Init(void)
{					     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	
	   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); 	//PB6,PB7 
}
//
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     
	IIC_SDA=1;	  	  
	IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
 	IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(4);
	IIC_SCL=0;
}	  
//
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();
	IIC_SCL=0;
	IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	delay_us(4);
	IIC_SCL=1; 
	IIC_SDA=1;
	delay_us(4);							   	
}
   
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      
	IIC_SDA=1;delay_us(1);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;	   
	return 0;  
} 
//Set up ACK
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}
//Set up NACK(NO ACK)		    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}					 				     
//IIC Send Byte
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL=0;
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        //IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
		if((txd&0x80)>>7)
			IIC_SDA=1;
		else
			IIC_SDA=0;
		txd<<=1; 	  
		delay_us(2);   
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
    }	 
} 	    
//ack = 0 send Nack  ack = 1 send ACK  
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
		IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
		delay_us(1); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();
    else
        IIC_Ack(); 
    return receive;
}

void IIC_Init(void)函式是初始化 SCL,SDA兩個引腳;

void IIC_Start(void) 函式是產生START訊號;

void IIC_Stop(void)函式是產生STOP訊號;

u8 IIC_Wait_Ack(void)函式是接收從機發送的ACK;

void IIC_Ack(void)函式是主機讀完資料後產生應答訊號;

void IIC_NAck(void) 函式是主機讀完資料後不產生應答訊號;

void IIC_Send_Byte(u8 txd) 函式是傳送一個位元組的資料;

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)函式是接收一個位元組的資料;

這裡我們還需要配置與FDC2214通訊的函式,向FDC2214暫存器寫的函式為

//這裡 FDC_Address_W =0x54
void FDC_write_reg(u8 addr,u16 value)   //addr 為暫存器地址,value為需要寫入的暫存器資料 
{ 
	   IIC_Start();                    //產生START訊號
	   IIC_Send_Byte(FDC_Address_W);   //傳送從機地址和寫訊號
	   IIC_Wait_Ack();                 //等待ACK
	   IIC_Send_Byte(addr);            //傳送需要寫入的暫存器地址
	   IIC_Wait_Ack();                 //等待ACK
	   IIC_Send_Byte(value>>8);        //傳送高8位資料
	   IIC_Wait_Ack();                 //等待ACK
	   IIC_Send_Byte(value&0xFF);      //傳送低8位資料
	   IIC_Wait_Ack();                 //等待ACK
       IIC_Stop();                      //產生STOP訊號
	   delay_ms(1);
}

從FDC2214讀16位資料的函式如下:

//FDC_Address_W =0x54
//FDC_Address_R =0x55
//Receive_Date[] 為接收資料的陣列
//C_Data 為一個16位無符號的整型
u16 FDC_read_reg(u8 addr)
{
		 IIC_Start();                    //產生START訊號
	     IIC_Send_Byte(FDC_Address_W);   //傳送寫命令
	     IIC_Wait_Ack();		
	     IIC_Send_Byte(addr);            //傳送需要讀的暫存器的地址
		 IIC_Wait_Ack();
	
	     IIC_Start();
	     IIC_Send_Byte(FDC_Address_R);  //傳送讀命令
	     IIC_Wait_Ack();
	     
	     Receive_Date[0]=IIC_Read_Byte(1);  //讀高8位
		 Receive_Date[1]=IIC_Read_Byte(0);  //讀低8位
	     IIC_Stop();	                    //產生STOP訊號
	     C_Data=(Receive_Date[0]<<8)+ Receive_Date[1];
		 return C_Data;
}

從FDC2214讀高8位資料的函式如下:

u8 FDC_read_reg_high(u8 addr)
{
		 IIC_Start();
	     IIC_Send_Byte(FDC_Address_W);   
	     IIC_Wait_Ack();		
	     IIC_Send_Byte(addr);
		 IIC_Wait_Ack();
	
	     IIC_Start();
	     IIC_Send_Byte(FDC_Address_R);  
	     IIC_Wait_Ack();
	     
		 Receive_Date[0]=IIC_Read_Byte(1);
		 Receive_Date[1]=IIC_Read_Byte(0);
	     IIC_Stop();	
		 return Receive_Date[0];
}

從FDC2214讀低8位資料的函式如下:

u8 FDC_read_reg_low(u8 addr)
{
		   IIC_Start();
	     IIC_Send_Byte(FDC_Address_W);   
	     IIC_Wait_Ack();		
	     IIC_Send_Byte(addr);
			 IIC_Wait_Ack();
	
	     IIC_Start();
	     IIC_Send_Byte(FDC_Address_R);  
	     IIC_Wait_Ack();
	     
			 Receive_Date[0]=IIC_Read_Byte(1);
			 Receive_Date[1]=IIC_Read_Byte(0);
	     IIC_Stop();	
			 return Receive_Date[1];
}

 FDC2214初始化的函式如下:

void FDC_Start(void)  
{    
FDC_write_reg(0x08,0x8329);   //(CHx_RCOUNT*16)/55M ==9.76ms,,每10ms左右可以讀一次值
	FDC_write_reg(0x09,0x8329);
    FDC_write_reg(0x0A,0x8329);	
	FDC_write_reg(0x0B,0x8329);
	
	FDC_write_reg(0x10,0x000A);  //設定4個通道最小穩定時間
	FDC_write_reg(0x11,0x000A);
	FDC_write_reg(0x12,0x000A);
	FDC_write_reg(0x13,0x000A);
	
    FDC_write_reg(0x14,0x1001); //時鐘除以1,設定感測器頻率在0.01M到8.5M之間
	FDC_write_reg(0x15,0x1001);
	FDC_write_reg(0x16,0x1001);
	FDC_write_reg(0x17,0x1001);
	
	FDC_write_reg(0x19,0x0000); //不設定中斷標誌位
	FDC_write_reg(0x1B,0xC20D);//使能0,1,2,3通道,且頻寬設定為10M

	FDC_write_reg(0x1E,0x8000); //設定4個通道的驅動電流
    FDC_write_reg(0x1F,0x8000);
	FDC_write_reg(0x20,0x8000);
	FDC_write_reg(0x21,0x8000);

 	
	FDC_write_reg(0x1A,0x1401);	//使能FDC2214,且取內部時鐘為參考時鐘
}

其標頭檔案的配置如下:

#ifndef __FDC2214_H
#define __FDC2214_H
#include <sys.h>
//IO口方向
 
#define SDA_IN()  {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}

//IO操作函式	 
#define IIC_SCL    PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(7) //SDA	 
#define READ_SDA   PBin(7)  //SDA輸入

//IIC函式
void IIC_Init(void);                			 
void IIC_Start(void);				
void IIC_Stop(void);	  			
void IIC_Send_Byte(u8 txd);			
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);
u8 IIC_Wait_Ack(void); 				
void IIC_Ack(void);					
void IIC_NAck(void);				

void FDC_write_reg(u8 addr,u16 value);  
void FDC_Start(void);
u16 FDC_read_reg(u8 addr);
u8 FDC_read_reg_high(u8 addr);
u8 FDC_read_reg_low(u8 addr);

#endif

這裡為了判斷我們的程式和FDC2214是沒有問題,先讀取相應的ID,這裡有兩個ID可以供我們讀取:

 

 

這裡我們在主函式中需要讀出相應的ID,來確定FDC2214和我們IIC的程式沒有問題。

其主函式如下:

int main()
{
	u8 lcd_id[12];
	u16 C_date=0;
	u16 ID=0;

	u16 C_CH0_data=0;
	u16 C_CH0_data_low=0;
	u32 C_CHO_data_final=0;
	
	u16 C_CH1_data=0;
	u16 C_CH1_data_low=0;
	u32 C_CH1_data_final=0;
	
	u16 C_CH2_data=0;
	u16 C_CH2_data_low=0;
	u32 C_CH2_data_final=0;
	
	u16 C_CH3_data=0;
	u16 C_CH3_data_low=0;
	u32 C_CH3_data_final=0;
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  
	delay_init();    //初始化延時函式
	LCD_Init();      //初始化LCD顯示
    uart_init(115200); //初始化串列埠
	IIC_Init();       //初始化 IIC
	
	
	POINT_COLOR=BLUE;
    sprintf((char*)lcd_id,"LCD ID:%04X",lcddev.id);
    LCD_Clear(WHITE);
    POINT_COLOR=BLUE;
	LCD_ShowString(30,70,240,16,24,"C_Chan_0:");
	LCD_ShowString(30,100,240,16,24,"C_Chan_1:");
	LCD_ShowString(30,130,240,16,24,"C_Chan_2:");
	LCD_ShowString(30,160,240,16,24,"C_Chan_3:");
	LCD_ShowString(30,190,240,16,24,"DRDY:");
	delay_ms(10);
    FDC_Start();       //FDC初始化
	while(1)
	{
				 LCD_ShowString(30,40,240,16,24,"Successful!");
		         delay_ms(500);
				 C_date = FDC_read_reg(0x7E);       //讀取ID  
                 ID =  FDC_read_reg(0x7F);	        //讀取ID
         if(C_date!=0xFF00 && ID!=0xFF00)           //顯示ID
				{					
                  LCD_ShowxNum(139,350,ID,5,24,0);	
		          LCD_ShowxNum(139,380,C_date,5,24,0);
                }  		 
		      delay_ms(100);
		

       	
	}
	
}

FDC2214的數值是28位的,這裡我們需要讀兩個暫存器的值(以CH0為例)分別是0x00,和0x0A:

從晶片手冊可以知道(以CH0為例),0x01暫存器中為資料的低16位,0x00暫存器為資料的高12位,將兩個資料合起來,即為相應的資料,其程式如下:

				  if(C_date==0x5449 && ID==0x3055)    //當為相應ID時才讀取暫存器的值
				{				
//讀通道0數值	
		     C_CH0_data = FDC_read_reg(0x00)&0xFFF;
		     C_CH0_data_low = FDC_read_reg(0x01);
		     C_CHO_data_final =((C_CH0_data<<16)+C_CH0_data_low);
//讀通道1數值		
		     delay_ms(50);
		     C_CH1_data = FDC_read_reg(0x02)&0xFFF;
		     C_CH1_data_low = FDC_read_reg(0x03);
		     C_CH1_data_final =((C_CH1_data<<16)+C_CH1_data_low);	
//讀通道2數值
		     delay_ms(50);
		     C_CH2_data=FDC_read_reg(0x04)&0xFFF;
		     C_CH2_data_low = FDC_read_reg(0x05);
		     C_CH2_data_final =((C_CH2_data<<16)+C_CH2_data_low);
				
//讀通道3數值		 
			delay_ms(50);
		     C_CH3_data=FDC_read_reg(0x06)&0xFFF;
		     C_CH3_data_low = FDC_read_reg(0x07);
		     C_CH3_data_final =((C_CH3_data<<16)+C_CH3_data_low);

				 
//顯示相應通道讀出來的值
				 
		       LCD_ShowxNum(139,70,C_CHO_data_final,9,24,0);		
			 
		       LCD_ShowxNum(139,100,C_CH1_data_final,9,24,0);

               LCD_ShowxNum(139,130,C_CH2_data_final,9,24,0);
				  
               LCD_ShowxNum(139,160,C_CH3_data_final,9,24,0);

              }

讀取完數值之後,其電容的計算公式以可在晶片手冊找到,如下:

這裡我們可以知道其電容的計算就是根據LC諧振頻率的變化來計算。

這裡,CHx_FIN_SEL和f_REFx可以從下圖得知,DATAx即為我們讀出的數值,這裡就可以算出電容值。

 

這裡我們如果發現ID讀得不對,可以將SCL和SDA通過電阻(本人用的4.7K)上拉,這樣就可以讀取正確的ID值。