1. 首页
  2. 文章中心
  3. Linux

高精度ADC采集电量显示（MCP3421）Linux

93 阅读 0 评论
我是靠谱客的博主 风中帽子，最近开发中收集的这篇文章主要介绍高精度ADC采集电量显示（MCP3421）Linux，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

文章目录

  • Linux
    • 一.简介
    • 二.前序
    • 三.MCP3421
      • 1.官方资料下载
      • 2.芯片讲解
    • 四.电压转电量思路
    • 五.程序
      • 1.C程序
      • 2.测试结果
    • 六.总结

Linux

一.简介

最近在做一个嵌入式的设备，该设备是移动电源供电，所以就设计到了电池电量的检测和显示剩余电量百分比，我想这个功能在嵌入式产品中是比较常见的。这里我们用到的电压采集的芯片为MCP3421，这是一个iic驱动的芯片支持最高18位的采集精度，虽然做电量显示不需要这么高的精度，但是这样的进度不得不羡慕一下，连续两周的奋战，终于从坑里爬出来了。不想让大家在像我这样爬的，一两天能完成的事不需要煎熬一两周。

二.前序

其实不不打算说的，但是在搜查阅资料的时候，真的是太坑了。关于MCP3421芯片的驱动程序网上也有，所以我就参考着来写了，结果各种试水，各种惨，有IIC通讯时SDA和SCL电平写错的，有配置数据写错的（读操作和写操作），最好都怀疑他们上传代码的时候有没有编译运行和测试。话又说回来人家上传什么，是人家的权利，总结一下教训，大家以官方资料为准，进行程序的编写

出错无非就是IIC通讯的时候没通讯上，那我们就看输出的两个管脚SDA和SCL输出的波形对不对，我刚开始也没通讯上，最后用逻辑分析仪抓的波形，修改程序才写好的，感觉好的工具事半功倍，废话不多说了，直接给大家上干货

三.MCP3421

1.官方资料下载

mcp3421官方资料（中文+英文版）
密码:4pzc

2.芯片讲解

2.1芯片连接原理图
在这里插入图片描述
2.2 设置配置寄存器

配置8位寄存器的值
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

相信大家看到上面的图片就能明白

  • 默认的配置为 连续转换+12位采样率+x1的增益（增益就是将你输入的信号放大） 1001 0000 所以就是 0x90
  • 一般采用 连续转换+18位采样率+x1的增益 1001 1100 就是 0x9c
  • 单次转换+18位采样率+x1的增益 1000 1100 就是 0x8c
    根据自己的需求配置就可以了

2.3 读写的配置
这个很好理解，我们在对芯片进行读数据或者写配置的时候，首先要写入参数，让芯片进入不同的模式
也是8位一个字节包含 器件代码（4位）+地址位（3位）+R/W 位 MCP3421器件代码为 1101，地址位出厂没有要求就是 000，而读数取据模式 R/W位位 1，写模式为0

  • 读模式 1101 0001 0xd1
  • 写模式 1101 0000 0xd0
    在这里插入图片描述

2.4采集电压转换
我们采集到的是，18位的数据需要通过公式计算才能转换成实际测量的电压值

转换公式如下

输入电压 = （输出代）* （LSB/PGA）

在这里插入图片描述
PGA为增益，增益有 1，2，4，8支持四中，通常我们选择为1
LSB为分辨率
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
注意公式里面运算都是以V为单位，输出电压的范围为-2.048-0和0-2.048V，需要我们测量转换再次转换一下就好了

//转化为实际电压
data = 输出电压 /0.163;  //0.163为实际输入1v时的测量电压值

四.电压转电量思路

  1. 我们通过MCP3421芯片最终才回来的是实际的电压，如何转换为剩余的电量那，我在测试的时候该芯片可以采0-12v的电压，但是电池输出为12v到7v左右设置就不能正常工作了所以我想到下面方法

  2. 我们需要测量出满电时的电池输出电压battery_H，和设备不能工作的时候的临界电压值battery_L

  3. 用下面的公式来计算，通常采回来的电压是float类型，需要转换为int类型显示剩余电量的百分比

剩余电量百分比 = (int)(((采集电压 - battery_L)*100) / (battery_H - battery_L))

五.程序

1.C程序

代码比较长，码云上代码下载地址

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>  //open
#include <unistd.h> //read
#include <stdlib.h>


#define u8  unsigned char
#define u16 unsigned short int
#define u32 unsigned int


//gpio 电量采集                       
#define scl 919
#define sda 916

//这里通过linux 打开文件的方式控制gpio所以比较耗时间
#define I2C_SCL_L set_gpioValue(scl,0)
#define I2C_SCL_H set_gpioValue(scl,1)
#define I2C_SDA_L set_gpioValue(sda,0)
#define I2C_SDA_H set_gpioValue(sda,1)

#define I2C_SCL_OUT set_gpioDirection(scl, "out")
#define I2C_SDA_OUT set_gpioDirection(sda, "out")
#define I2C_SDA_IN  set_gpioDirection(sda, "in")
#define I2C_SDA_GET get_gpioValue(sda) 

//MCP342 出厂时如果未指定地址则为 1101 000x 最后一位x 如果是写配置则为1 读则为0
#define MCP3421_ADDREAD                 0xd1
#define MCP3421_ADDWRITE                0Xd0
//写入配置参数 如0x8c,0x9c; 8:单次转换 9：连续转换；c:18位 3.75 sps ，PGA=1;	
//mcp3421初始化不配置 默认为0x90 连续转换 12位，PGA =1 
#define MCP3421_OneShot_18BIT_X1        0x8c
#define MCP3421_MoreShot_18BIT_X1       0x9c

//电池 电量显示
#define battery_H   12   //电池的满电电压
#define battery_L   8    //电池的下限电压(需要实际测试)

//create gpio file  
void creat_gpio(int n)  
{  
    FILE * fp =fopen("/sys/class/gpio/export","w");  
    if (fp == NULL)  
        perror("export open filed");  
    else  
        fprintf(fp,"%d",n);  
    fclose(fp);  
}   


//设置gpio的方向 "in" or "out"  
void set_gpioDirection(int n,char *direction)
{
	char path[100] = {0};  
    sprintf(path,"/sys/class/gpio/gpio%d/direction",n);  
    FILE * fp =fopen(path,"w");  
    if (fp == NULL)  
        perror("direction open filed");  
    else  
        fprintf(fp,"%s",direction);  
    fclose(fp);  	
}


//设置gpio的电平
void set_gpioValue(int n, int value)
{
	char path[64];      
    snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/value", n);
	FILE *fp = fopen(path, "w");
	if (fp == NULL)  
        perror("direction open filed");  
    else
		fprintf(fp, "%d", value);
	fclose(fp);
}


//获取gpio的值
int get_gpioValue(int n)  
{  
    char path[64];  
    char value_str[3];  
    int fd;  
  
    snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/value", n);  
    fd = open(path, O_RDONLY);  
    if (fd < 0) {  
        perror("Failed to open gpio value for reading!");  
        return -1;  
    }  
  
    if (read(fd, value_str, 3) < 0) {  
        perror("Failed to read value!");  
        return -1;  
    }  
  
    close(fd);  
    return (atoi(value_str));  
}   


// IIC传输延时函数
void I2C_Delay(int t)
{
	int i, j;
	for(i=0; i<t; i++)
	{
		for(j=0; j<12; j++)
		{}
	}
}


//初始化scl和sda为高电平
void I2C_Init(void)
{
	creat_gpio(scl);
	creat_gpio(sda);

	set_gpioDirection(scl, "out"); //开发板调为输出模式默认为低电平
	set_gpioDirection(sda, "out");

	set_gpioValue(scl,1);
	set_gpioValue(sda,1);
	usleep(100);  //保持高电平稳定
	
}

/*******************************************************************************
* 函数名         : I2cStart()
* 函数功能		 : 起始信号：在SCL时钟信号在高电平期间SDA信号产生一个下降沿
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
* 备注           : 起始之后SDA和SCL都为0
*******************************************************************************/
void I2C_Start()
{
	I2C_SDA_OUT; //设置输出模式(会将sda拉低)
	I2C_Delay(1);
	
	I2C_SDA_H;
	I2C_SCL_H;
	I2C_SDA_L;
	I2C_SCL_L;
	I2C_Delay(1);
}

/*******************************************************************************
* 函数名         : I2cStop()
* 函数功能		 : 终止信号：在SCL时钟信号高电平期间SDA信号产生一个上升沿
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
* 备注           : 结束之后保持SDA和SCL都为1；表示总线空闲
*******************************************************************************/
void I2C_Stop()
{
	I2C_SDA_OUT; //设置输出模式(会将sda拉低)
	I2C_Delay(1);
	
	I2C_SDA_L;
	I2C_SCL_H;
	I2C_SDA_H;
	I2C_Delay(1);
}

/*******************************************************************************
* 函数名         : IIC_Wait_Ack()
* 函数功能		 : 检查应答信号：在第9个时钟信号为高电平期间主机释放sda，从机拉低sda
* 输入           : 从机
* 输出         	 : 返回 0有应答，返回1 无应答
* 备注           : 
*******************************************************************************/
unsigned char I2C_Wait_Ack()
{
	unsigned int i = 0;
	I2C_SDA_IN;               //设置sda为输入模式
	I2C_SCL_H;
	while(I2C_SDA_GET)//等待应答，也就是等待从设备把SDA拉低
	{
		i++;
		if( i > 200)	 //如果超过时间没有应答发送失败，或者为非应答，表示接收结束
		{
			I2C_SCL_L;
			I2C_SCL_H;
			printf("no ackrn"); //没有应答
			return 1;
		}
	}
	I2C_SCL_L;
 	return 0;
}

//应答
void I2C_Ack()
{
	I2C_SDA_OUT; //会将sda拉低
	I2C_Delay(1);
	
	I2C_SCL_L;
	I2C_SDA_L; 
	I2C_SCL_H;
	I2C_Delay(1); //从机检测sda的低电平
	I2C_SCL_L;  //第9个时钟周期结束	
}

//非应答
void I2C_NAck()
{
	I2C_SDA_OUT; //会将sda拉低
	I2C_Delay(1);
	
	I2C_SCL_L;
	I2C_SDA_H; //至高sda 表示不应答 
	I2C_SCL_H;
	I2C_Delay(1); //从机检测sda的高电平
	I2C_SCL_L; //第9个时钟周期结束	
}

/*******************************************************************************
* 函数名         : I2cSendByte(unsigned char dat)
* 函数功能		 : 通过I2C发送一个字节。在SCL时钟信号高电平期间，保持发送信号SDA保持稳定
* 输入           : num
* 输出         	 : 0或1。发送成功返回1，发送失败返回0
* 备注           : 发送完一个字节SCL=0,SDA=1
*******************************************************************************/
unsigned char I2C_SendByte(unsigned char dat)
{
	I2C_SDA_OUT; //会将sda拉低
	I2C_Delay(1);
	
	unsigned char a=0,b=0;
	for(a=0;a<8;a++)//要发送8位，从最高位开始
	{
		I2C_SCL_L;
		
		if (dat&0x80)
		{
			I2C_SDA_H;
		}
		else 
		{
			I2C_SDA_L;
		}
			
        dat<<=1; 	   
		I2C_SCL_H;
 
	}
	I2C_SCL_L;
	
}

/*******************************************************************************
* 函数名         : I2cReadByte()
* 函数功能		   : 使用I2c读取一个字节
* 输入           : 无
* 输出         	 : dat
* 备注           : 接收完一个字节SCL=0,SDA=1.
*******************************************************************************/
unsigned char I2C_ReadByte()
{
	I2C_SDA_IN;
	unsigned char a=0,dat=0;

	for(a=0;a<8;a++)//接收8个字节
	{
		dat<<=1;
		I2C_SCL_L;
		I2C_SCL_H;
		if( I2C_SDA_GET )
		{
			dat |= 0x01;
		}
		else
		{
			dat &= 0xfe;
		}
		I2C_SCL_L;
	}
	return dat;		
}


//MCP3421写配置
void Write_MCP3421(unsigned char WR_Data)
{
  I2C_Start();
   //写入地址   及 最后位为0，是写操作配置   最后位为1，是读操作配置
  I2C_SendByte(0xd0);   // 1101 a2 a1 a0 0  发送给第一个字节数据 MCP3421地址字节+R/W命令
                                 // 1101 0000 0xd0 写模式
  I2C_Wait_Ack(); 
  I2C_SendByte(WR_Data); //RDY O/C C1 C0 S1 S0 G1 G0    
                         
  I2C_Wait_Ack();
  I2C_Stop();  
}

//MCP3421读数据 
float READ_MCP3421()
{
	unsigned long int  elech;
	unsigned long int elecm;
	unsigned long int elecl;
	unsigned long int config;
	unsigned long int AD_B_Result;
	float AD_F_Result=0.0;

    float LSB;
    int PGA;
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(0xd1);                    //0xd1=0b11010001, 最后一位1表示单片机接收数据
    I2C_Wait_Ack();                      //MCP3421发出应答ACK信号
    //读取第二个字节数据 Upper Data Byte
    elech=(long int)I2C_ReadByte();       //NULL NULL NULL NULL NULL NULL D17 D16
    I2C_Ack();                             //主器件发出应答信号
    //读取第三个字节数据 Lower Data Byte
    elecm=(long int)I2C_ReadByte();       //D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8
    
    I2C_Ack();                              主器件发出应答信号
    
    elecl=(long int)I2C_ReadByte();       //D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
    I2C_Ack();
    config = (long int)(I2C_ReadByte());  //RDY C1 C0 O/C S1 S0 G1 G0
    I2C_NAck();// 停止接收
    I2C_Stop();

  //开始进行数据转化
    AD_B_Result=(elech<<16)|(elecm<<8)|(elecl); //将三个数据进行整合，整合成一个24位的数据

	
    AD_B_Result=AD_B_Result&0x01ffffff;          //由于数据elech的前6个字节没有用，所以将其清零
  
	LSB = (float)(2.0 * 2.048) / 262144;  //公式 (2*Vref(2.048))/2^n n为分辨率 12,14,16,18 
										 //18为计算为15.625uv
    PGA = 1; //增益为1
    AD_F_Result = (float)(LSB * AD_B_Result)/PGA; //输出范围 -2.048v-0v-2.048v
    return AD_F_Result;
 }

float get_adc()
{
	int i = 0;
	float sum = 0.0;
	float data = 0.0;
	//为了稳定获取10次求平均数
	for(i=0; i<10; i++)
	{
		sum += READ_MCP3421();
	}
	//转化为实际电压
	data = (sum / 10) /0.163;  //0.163为实际输入1v时的测量值
	
	return data; 
}


int main()
{
	float data = 0;
	int show = 0; //剩余电量百分比
	
	I2C_Init();
	//写入配置参数 如0x8c,0x9c; 8:单次转换 9：连续转换；c:18位 3.75 sps ，PGA=1;	
	Write_MCP3421(0X9C);
	
	
	while(1)
	{
		//获取到的电压值
		data = get_adc();	
		printf("data=%.3fvrn", data);
		
		show = (int)(((data-battery_L)*100)/(battery_H - battery_L));
		printf("battery = %d%%rn", show);
		
		sleep(2);
	}
}

2.测试结果

在这里插入图片描述

六.总结

大多数的ad采集芯片驱动方式都差不多，如果是IIC驱动的只是配置的参数不同，相信大家会一个其他的也就会了，创作不易，希望对大家有用

最后

以上就是风中帽子为你收集整理的高精度ADC采集电量显示（MCP3421）Linux的全部内容，希望文章能够帮你解决高精度ADC采集电量显示（MCP3421）Linux所遇到的程序开发问题。

如果觉得靠谱客网站的内容还不错，欢迎将靠谱客网站推荐给程序员好友。

本图文内容来源于网友提供，作为学习参考使用，或来自网络收集整理，版权属于原作者所有。
点赞(62)

相关文章

3D打印机 G代码解释
3D打印机 G代码解释
MCP3421的基础知识点
MCP3421的基础知识点
MCP3421差分输入
MCP3421差分输入
STM32H750V8T6通过CUBEMX工具生成驱动TFTLCD的相关代码操作！
STM32H750V8T6通过CUBEMX工具生成驱动TFTLCD的相关代码操作！
高精度ADC采集电量显示（MCP3421）Linux
高精度ADC采集电量显示（MCP3421）Linux
MCP3421使用详解0 摘要1 所使用的工具2 安装包链接3 MCP3421介绍4 MCP3421寄存器介绍5 MCP3421配置方式6 MCP3421数据读取7 MCP3421数据转化8 MCP3421使用仿真验证8.1 基于MSP430F249的MCP3421使用仿真结果8.2 基于AT89C52的MCP3421使用仿真结果
MCP3421使用详解0 摘要1 所使用的工具2 安装包链接3 MCP3421介绍4 MCP3421寄存器介绍5 MCP3421配置方式6 MCP3421数据读取7 MCP3421数据转化8 MCP3421使用仿真验证8.1 基于MSP430F249的MCP3421使用仿真结果8.2 基于AT89C52的MCP3421使用仿真结果
ADC芯片3421驱动程序
ADC芯片3421驱动程序
MCP3421高精度ADC转换器
MCP3421高精度ADC转换器

评论列表共有 0 条评论

立即
投稿
返回
顶部