• AD7793驱动程序（详细）

    目录

    前言

    AD7793是一款专门用来测温的芯片，功能强大。使用时MCU需要通过SPI通信总线配置AD7793使其工作，同时也需要SPI总线读取AD数据寄存器的数据。本文简单介绍SPI的通信时序、程序功能，如何简单的通过芯片手册成功配置AD7793芯片。

    AD7793介绍

    AD7793 是适合高精度测量应用的低功耗、低噪声的模拟/数字转换芯片，内置一个低噪声24 位Σ-Δ 型模拟数字转换器，其中含有3 个差分模拟输入，还集成了片内低噪声仪表放大器，因而可直接输入小信号。当增益设置为64、更新速率为4.17 Hz 时，均方根(RMS) 噪声为40 nV。采用2.7 ～ 5.25 V 电源供电，典型功耗为400 μA。
    芯片内置一个精密低噪声、低漂移内部带隙基准电压源，也可采用外部差分基准电压。其它片内特性包括可编程激励电流源、熔断电流控制和偏置电压产生器。利用偏置电压产生器可将某一通道的共模电压设置为AVDD/2。
    AD7793 可以采用内部或外部时钟工作，输出数据速率可通过软件编程设置，可在4.17 ～ 470 Hz 的范围内变化。内部结构框图如下
    在这里插入图片描述

    SPI总线

    介绍

    SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便。
    SPI分为主、从两种模式，一个SPI通讯系统需要包含一个（且只能是一个）主设备，一个或多个从设备。SPI接口的读写操作，都是由主设备发起。当存在多个从设备时，通过各自的片选信号进行管理。

    特点

    传输速度较快但是没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据；通常在使用SPI总线的时候STM32需要使用4根线和外设相连。以STM32上的SPI2为例：
    在这里插入图片描述

    NSS：片选设备线，每个从机都有自己的一条单独的总线与主机连接，此总线的作用就是为主机选择对应的从机进行传输数据，每个从机与主机之间的NSS总线互不相干。SPI中规定通信以NSS信号线拉低为开始，拉高为结束。
    SCK：时钟信号线，因为SPI是同步通信，所以需要一根时钟信号线来统一主机和从机之间的数据传输，只有在有效的时钟信号下才能正常传输数据，不同设备支持的最高传输频率可能不一样，在传输过程中传输频率受限于低速的一方；SPI是串行通讯协议，数据一位一位进行传输，SCLK提供时钟脉冲，MISO、MOSI则基于此脉冲完成数据传输。
    MOSI：(Master Output， Slave Input），顾名思义，MOSI就是主机输出/从机输入，因为SPI是全双工的通信总线，即主机和从机可以同时收发数据，这样的话就需要俩条线同时分别负责：主->从和从->主这俩条传输线路。而MOSI就专门负责主机向从机传输数据。
    MISO：(Master Input,， Slave Output)，与MOSI恰恰相反，MISO专门负责从机向主机传输数据。

    通信时序

    SPI通信时序图
    以SPI通信时序图为例，通讯过程中所有的运作都是基于SCK时钟线进行，SPI通讯的起始和停止都是由NSS信号线控制，当NSS为低电平时表示起始信号，高电平则表示停止信号；SPI中使用MOSI和MISO来进行全双工传输数据，SCK来同步数据传输，即MOSI和MISO同时工作，在时钟信号线SCK为有效时对MOSI、MISO数据线进行采样，采到的信息即为传输的信息。
    主设备和从设备之间需要处于同一种工作模式下，我们通常来说是通过配置主设备来满足从设备的模式要求，主要有四种工作模式；
    在这里插入图片描述
    主要通过时钟极性CPOL和时钟相位CPHA配置工作模式，详细信息请百度。

    STM32中SPI总线配置

    void SPI1_Init(void)
{
    /*分别定义两个结构体--------------------------*/
 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );//PORTB时钟使能 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_SPI1,  ENABLE );//SPI1时钟使能 	
    /*配置SCK、MISO、MOSI引脚--------------------------*/
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //PB5/6/7复用推挽输出 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA
	/*配置CS片选引脚为普通的IO--------------------------*/
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA

 	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7);  //PB5/6/7上拉
    /*配置SPI1的工作模式（SPI1的方向，主从选择，数据长度，时钟极性、相位，NSS的选择，波特率的设置，高低位先行等）--------------------------*/
	SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
	SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;		//设置SPI工作模式:设置为主SPI
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;		//设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;		//串行同步时钟的空闲状态为高电平
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;	//串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
	SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;		//NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;		//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;	//指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
	SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;	//CRC值计算的多项式
	SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);  //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
	SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设	
	SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输		 
}   
//SPI 速度设置函数
//SpeedSet:
//SPI_BaudRatePrescaler_2   2分频   
//SPI_BaudRatePrescaler_8   8分频   
//SPI_BaudRatePrescaler_16  16分频  
//SPI_BaudRatePrescaler_256 256分频 
/*
void SPI1_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
  assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));
	SPI1->CR1&=0XFFC7;
	SPI1->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;	//设置SPI1速度 
	SPI_Cmd(SPI1,ENABLE); 
} 
*/
//SPIx 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
uint8_t SPI1_ReadWriteByte(uint8_t TxData)
{		
	uint8_t retry=0;				 	
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:发送缓存空标志位
		{
		retry++;
		if(retry>200)return 0;
		}			  
	SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
	retry=0;
 
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:接受缓存非空标志位
		{
		retry++;
		if(retry>200)return 0;
		}	  						    
	return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //返回通过SPIx最近接收的数据					    
}

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    SPI数据收发过程

    1）发送数据时
    把要发送的数据写到数据寄存器中，即数据总线上，然后放在发送缓冲器中，通过总线，并行传到移位寄存器里，然后串行从MOSI引脚移出。
    当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器 SR”中的“TXE 标志位”会被置 1，表示传输完一帧，发送缓冲区已空。注意要发送数据之前，必须往缓冲器里写数据才能发送，所以TXE要先清零再置位。
    等待到“TXE标志位”为 1时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器 DR”写入数据即可
    2）接收数据时
    把MISO接收到的数据串行放在移位寄存器中，然后通过总线并行移到接收缓冲器里，然后放在数据总线上。
    当接收完一帧数据的时候，“RXNE标志位”会被置 1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空
    “RXNE 标志位”为 1 时，通过读取“数据寄存器 DR”可以获取接收缓冲区中的内容。

    AD7793 寄存器配置

    通信寄存器
    在这里插入图片描述
    由上表所示连续发送3次0xff重置AD芯片：

    void ResetAD7793()//复位ad7793
{
	CS=0;
	SPI1_ReadWriteByte(0xff);//写时为通讯寄存器/读时为状态寄存器
	SPI1_ReadWriteByte(0xff);
	SPI1_ReadWriteByte(0xff);
	CS=1;
	delay_ms(10);
}

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    重置之后通过下表去选择寄存器，在进行读取操作时需要将片选信号置0。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    void AD7793_Init(void)
{
	ResetAD7793();
	/*写配置寄存器*/
	CS=0;
	SPI1_ReadWriteByte(0x10);//写配置寄存器
	SPI1_ReadWriteByte(0x10);//禁用偏置电压发生器、单极性模式，使用缓存模式
	SPI1_ReadWriteByte(0x01);//配置外部基准电压源、检测通道2
	delay_ms(2);

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    配置寄存器是一个16位的寄存器，由两个8位寄存器组成，分别表示高8位和低8位，所以要进行两次8位寄存器配置。以上代码为什么要禁用偏置电压，单极性和双极性有哪些区别，缓存是否设置详细都可以通过芯片手册查阅到。
    在这里插入图片描述

    	/*写io口寄存器*/
	SPI1_ReadWriteByte(0x28);	//写入通信寄存器。下一步是写入IO寄存器。
	SPI1_ReadWriteByte(0x03);  //配置恒流源210ua,0x03 1ma电流
	delay_ms(2);



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    IO寄存器配置图如下
    在这里插入图片描述

    	/*模式寄存器配置*/

	SPI1_ReadWriteByte(0x08);//  配置模式寄存器,写通道寄存器
	SPI1_ReadWriteByte(0x00);//设置模式寄存器为连续转换模式
	SPI1_ReadWriteByte(0x09);//  0000 1001,内部时钟，clk脚不提供，更新速率16.7，对50HZ抑制80DB
	CS=1; 	
  delay_ms(2);
}

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    找到模式寄存器之后，按照对照表进行配置，同样先配置高8位再配置低8位。
    在这里插入图片描述
    更新速率如下
    在这里插入图片描述
    通过以上配置AD芯片已经能够正常工作，接下来就是读取AD7793的数据

    /*获取到AD7793转换之后的值——————————————————————————————————————————*/
uint32_t GetAD7793()
{
	uint8_t temp1,temp2,temp3;//每次读取8位，通过位与合成一个24位数据，那就直接定义成32位
	uint32_t temp;
	
	/*读数据寄存器*/
	CS=0;
	delay_us(5);
	SPI1_ReadWriteByte(0x40);	//延时5us之后从状态寄存器中读取
	status=SPI1_ReadWriteByte(0xff);//读取寄存器的状态
	while(status & 0x80)
	{
	  SPI1_ReadWriteByte(0x40);	//从寄存器中读取
	  status=SPI1_ReadWriteByte(0xff);
	}
	SPI1_ReadWriteByte(0x58);//写入通信寄存器再从通信寄存器中读取
	temp1=SPI1_ReadWriteByte(0xff);
	temp2=SPI1_ReadWriteByte(0xff);
	temp3=SPI1_ReadWriteByte(0xff);
	CS=1;
	delay_ms(2);
	temp=(temp1<<16)|(temp2<<8)| temp3;
	return temp;
} 

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    以上代码先找到状态寄存器，0100 0000，CR6置1读取时就是状态寄存器
    在这里插入图片描述
    读取一次记录此时的状态码，如果状态码第一位为1的话说明此时AD7793正在采样阶段，不能读取，当第一位为0时，找到数据寄存器进行读取，且每次读取8位，最终位与为一个24位数据，此数据就是AD转换之后的电压值。
    在这里插入图片描述
    此外为了检查AD芯片是否出现故障或损坏，可以通过读取ID的方式获取id值，故障状态下的id位0xff。

    uint8_t ReadID()
{
	uint8_t byte=0;
	CS=0;
	SPI1_ReadWriteByte(0x60);//读ID
	byte=SPI1_ReadWriteByte(0xff);
	CS=1;
	return byte;
}

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    主函数里面SPI总线的初始化要在AD芯片初始化之前，while（1）循环中调用GetAD7793()就可以。

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