【经验分享】STM32操作24位AD芯片AD7799

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STMCU小助手发布时间：2022-1-24 22:00

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文章简介:	STM32操作24位AD芯片AD7799

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：

下面的代码是完全调试通过的：

#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=SPIByte(Buffer);
}
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);
}
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();

}

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