最近做專案用到了ADS1118，用來做熱電偶溫度採集，主控為STM32F103。記錄一下在編寫驅動時遇到的問題和解決方法。
在編寫驅動前，要認真閱讀資料手冊，如果晶片廠商給出了相關解決方案，最好根據其方案進行設計。
《ADS1118資料手冊》，《簡單的熱電偶測量解決方案》，主要依據這兩個手冊完成硬體電路和驅動程式的編寫。

1 硬體設計

上圖就是TI給出的硬體設計。

2 驅動程式設計

2.1 ADS1118的SPI時序

ADS1118使用的SPI匯流排，因此驅動還是比較好寫的。
最開始寫的時候，因為沒有認真看資料手冊，採集到的資料一直不正確，最後仔細看了一下時序圖，發現是由於在C

2.2 配置STM32的SPI引腳

STM32的SPI引腳配置時，可以使用8位幀資料格式，也可以使用16位幀資料格式，ADS1118資料為MSB優先，空閒時SCLK保持低電平，下降沿時對資料取樣。

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI
 
_DataSize = SPI_DataSize_16b;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;//SCLK空閒狀態低電平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//第二個跳變沿取樣
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
SPI_InitStructure.SPI
 
_CRCPolynomial = 7;//CRC值計算的多項式
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

2.3 資料採集

2.3.1 獲取ADC資料

由於低功耗的要求，ADS1118被配置為單次模式。以下說明均按照單次模式。
資料手冊上對資料傳輸的說明如下：

在單次轉換模式和連續轉換模式下， ADS1118 均以相同方式寫入或讀取資料， 無需發出任何命令。 ADS1118 的工作模式通過配置暫存器中的 MODE 位進行選擇。
將 MODE 位置為 0 可使器件在連續轉換模式下工作。 在連續轉換模式下， 器件連續啟動新的轉換， 即使 CS 處於高電平也是如此。
將 MODE 位置為 1 可啟動單次轉換模式。在單次轉換模式下， 只有向 SS 位寫入 1 時才會啟動新的轉換。
始終對轉換資料進行緩衝並在新轉換資料替換前始終保留當前資料。 因此， 可隨時讀取資料， 無需擔心資料損壞。當 DOUT/DRDY 置為低電平時， 指示新轉換資料已就緒， 可通過移出 DOUT/DRDY 中的資料進行讀取。
ADS1118 還可以在同一資料傳輸週期內直接回讀配置暫存器設定。 完整的資料傳輸週期由 32 位（ 使用配置暫存器資料回讀） 或 16 位（ 僅在 CS 線路受控且永久置為低電平時使用） 組成。

在編寫驅動的時候，參考了TI給出的MSP430的驅動程式，採用32位完整傳輸週期。

32 位資料傳輸週期中的資料由四個位元組組成：兩位元組用於轉換結果，另外兩位元組用於配置暫存器回讀。
我個人認為每個週期中的DATA是上一次的轉換結果，因此要獲取當前時刻的轉換結果需要寫入四次資料，頭兩次寫入有效的暫存器配置，啟動轉換，後兩次則隨意寫入無效資料讀取轉換結果。
在讀取轉換結果之前需要判斷是否完成了資料轉換。這裡就有兩種方式：
（1）根據DOUT/DRDY引腳是否變為低電平。
（2）根據設定的資料傳輸速率做合理延時，例如860SPS完成一次轉換需要最少1.2ms，因此在頭兩次暫存器配置寫入之後，再延時2ms就可以執行資料讀取。
這兩種方式的程式碼如下（註釋為方式1）：

ADC1_CS_LOW();
delay_us(200);
//第一次寫入配置,返回值為上一次採集的資料  
SPI_ReadWrite16Bit(SPI1,data);
//第二次寫入配置,返回值為暫存器回讀值  
tmp = SPI_ReadWrite16Bit(SPI1,data);    
delay_ms(2);
//ADS1118_SPI_MISO_PIN引腳低電平指示新資料可用
//GPIO_ResetBits(ADS1118_SPI_GPIO_PORT, ADS1118_SPI_MISO_PIN);
//GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADS1118_SPI_MISO_PIN;
//GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
//GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
//GPIO_Init(ADS1118_SPI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
//while(GPIO_ReadInputDataBit(ADS1118_SPI_GPIO_PORT, ADS1118_SPI_MISO_PIN) != 0) ;
//GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADS1118_SPI_MISO_PIN;
//GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
//GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
//GPIO_Init(ADS1118_SPI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
//GPIO_SetBits(ADS1118_SPI_GPIO_PORT, ADS1118_SPI_MISO_PIN);    
//讀取轉換資料
value = SPI_ReadWrite16Bit(SPI1,0x00FF);
tmp = SPI_ReadWrite16Bit(SPI1,0x00FF);
delay_us(200);
ADC1_CS_HIGH();

2.3.2 獲取溫度感測器資料

ADS1118內建14位的高精度溫度感測器，可直接讀取熱電偶冷端溫度，便於進行冷端溫度補償。對於溫度的資料格式，資料手冊有如下說明：

溫度資料以 14 位結果呈現， 與 16 位轉換結果左對齊。 資料從最高有效位元組 (MSB) 開始輸出。 當讀取這兩個資料位元組， 前 14 位用來指定溫度測量結果。 一個 14 位 LSB 等於 0.03125°C。 負數以二進位制補碼形式表示.
要將數字程式碼轉換為溫度，首先需要檢查 MSB 是0還是1。如果 MSB 為0，將十進位制程式碼乘以 0.03125°C即可獲得結果。如果 MSB = 1， 則將結果減“1”後對各位取補碼。之後將結果乘以 –0.03125°C。

剛開始由於沒有仔細看採用的是左對齊格式，對資料的處理就出了問題。最後實在TI的論壇上看到的才又仔細看了一下資料手冊。
也就是說，在採集回溫度資料之後：
（1）MSB為0，把資料右移兩位，乘以 0.03125°C。
（2）MSB為1，資料減1後取反，再右移兩位，乘以 -0.03125°C。

2.4 小結

至此，對於ADS1118驅動編寫的注意事項就說完了，總的來說都不是什麼大問題，但是需要詳細閱讀資料手冊，所以在編寫驅動前一定要熟讀資料手冊，特別是對時序和資料格式的說明，一定要弄明白。

3 熱電偶資料處理

這裡的資料處理就比較簡單了，按照《簡單的熱電偶測量解決方案》 給出的軟體方案來寫就可以了。
首先，讀取熱端的電壓值，然後在讀取冷端的溫度，這裡測得的片載溫度轉換為相應的所使用的熱電偶型別的電壓。我們使用的是K型熱電偶，因此就按照廠家提供的K型熱電偶分度表進行轉換。才用了32點插值，通過手冊給出的公式進行溫度電壓之間的轉換。

                            /*溫度(度)*/
const u16 TempList[2][33] = /*電壓(uV)*/
{//K型熱電偶分度表
    {0,5,  10, 15, 20, 25,  30,  35,  40,  55,  70,  85,  100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 220, 240, 260,  280,  300,  400,  500,  600,  700,  800},
  {0,198,397,597,789,1000,1203,1407,1611,2229,2850,3473,4095,4508,4919,5327,5733,6137,6539,6939,7338,7737,8137,8938,9745,10560,11381,12207,16395,20640,24902,29128,33277}
};

熱電偶溫度計算的程式碼如下：

//獲取熱端電壓uV
temp->HotVoltage = ADS1118_WriteReadData(0,START_ADC1_DP_CH0) * 7.8125;
//熱電偶最大量程1375度,54875uV
if(temp->HotVoltage >= TCMax) return 0xFFFF;
//ADC溫度感測器採集值轉換為度
tmp = (ADS1118_WriteReadData(0,START_ADC1_TS)) >> 2;
//ADC溫度1LSB為0.03125度
temp->ColdTemp = tmp * 0.03125;
//獲取冷端電壓(晶片溫度轉為分度表中的電壓)
temp->TInList = FindList(TinList,temp->ColdTemp);
temp->ColdVoltage = (TempList[1][temp->VInList-1]+(TempList[1][temp->VInList]-TempList[1][temp->VInList-1])*((temp->ColdTemp-TempList[0][temp->VInList-1])/(TempList[0][temp->VInList]-TempList[0][temp->VInList-1])));
//熱電偶冷端溫度補償
voltage = temp->HotVoltage + temp->ColdVoltage;
//轉換為熱端實際溫度
temp->VInList = FindList(VinList,voltage);
temp->Temperature =(TempList[0][temp->VInList-1]+(TempList[0][temp->VInList]-TempList[0][temp->VInList-1])*((voltage-TempList[1][temp->VInList-1])/(TempList[1][temp->VInList]-TempList[1][temp->VInList-1])));

溫度測量範圍為0~800度，所以就不考慮零下溫度的情況。

4 總結

經過實際測試，精度大概為±2°C，跟TI的方案還差好多，目前仍在優化中。