STM32F103驱动ADS1118

时间 2020-06-18

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ADS1118 做为经常使用温度测量芯片被愈来愈多的开发者熟知，TI官方给出的是基于 MSP430 的驱动测试程序，因为 STM32 的普及，闲暇中移植了 MSP430 的 ADS1118 驱动程序到 STM32F103 平台下，并进行了测试，特在此记录，以飨读者。函数

使用 STM32F103 的 SPI2 接口链接 ADS1118 的通讯接口：测试

STM32F103|ADS1118
—|—|—|
PB12|CS
PB13|SCLK
PB14|DOUT
PB15|DINui

ADS1118 手册建议数据线之间接一个50欧电阻，实际测试可不接。ADS1118 电源接3.3V并加滤波电容。spa

SPI 配置

ADS1118 接口的时序要求如图：
设计

DIN 接口接收控制器送过来的配置数据，而且在 SCLK 的降低沿将数据锁存读入 ADS1118 内部，而且在 SCLK 的上升沿中将数据送出到 DOUT。基于此将 STM32F103 的 SPI 接口作以下配置，CPOL=0，CPHA = 1;
　　3d

void SPI_config(void){
 SPI_Cmd(SPI_MASTER, DISABLE);//配置以前先关闭SPI接口

 SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
 SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;//主模式
 SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;//8bits
 SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;// CPOL=0
 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//CPHA=1
 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//CS设置为软件配置
 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;//通讯速率
 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;//高位在前
 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
 SPI_Init(SPI_MASTER, &SPI_InitStructure);
 
 SPI_Cmd(SPI_MASTER, ENABLE);//配置完成使能SPI接口
}

对应 GPIO 的配置：
　　code

void SPI_GPIO_Configuration(void)
{
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

 /* Configure SPI_MASTER pins-*/

 // Pin PB13 (SCLK) must be configured as as 50MHz push pull
 GPIO_StructInit(
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MASTER_PIN_SCK;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 GPIO_Init(SPI_MASTER_GPIO, 

 // Pin PB14 (MISO) must be configured as as input pull-up
 GPIO_StructInit(
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MASTER_PIN_MISO;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
 GPIO_Init(SPI_MASTER_GPIO, 

 // Pin PB15 (MOSI) must be configured as as 50MHz push pull
 GPIO_StructInit(
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MASTER_PIN_MOSI;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 GPIO_Init(SPI_MASTER_GPIO, &GPIO_InitStructure);
 
 //SPI1 NSS 
 GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MASTER_PIN_NSS;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
 GPIO_Init(SPI_MASTER_GPIO, &GPIO_InitStructure);

 GPIO_SetBits(SPI_MASTER_GPIO, SPI_MASTER_PIN_NSS);
}

另外记得使能端口时钟：
　　blog

void (void){
 /* Enable GPIO clock for SPI_MASTER */
 RCC_APB2PeriphClockCmd(SPI_MASTER_GPIO_CLK | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
 /* Enable SPI_MASTER Periph clock */
 RCC_APB1PeriphClockCmd(SPI_MASTER_CLK, ENABLE); 
}

读写实现

ADS1118 在发送寄存器配置的同时会传输转换结果，手册中提到既支持16bits 模式也支持32bits模式。接口

16bits模式：ip

32bits模式：

DIN 接口接收寄存器配置的同时DOUT接口输出转换结果，在32bits模式下发送完寄存器配置后第二次能够发送数据0，具体可参考手册。基于此设计数据发送读取函数：
　　

//读写寄存器16bits模式
uint16_t SPI_read_write_Reg(uint16_t CofigReg)
{

 getdata1=SPI_send_Byte((uint8_t)(CofigReg>>8));
 getdata2=SPI_send_Byte((uint8_t)CofigReg);

 getdata= (uint16_t)getdata2|((uint16_t)getdata1<<8);

 return getdata;
}
uint8_t SPI_send_Byte(uint8_t byte)
{
 
 while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET){}
 
 SPI_I2S_SendData(SPI2, byte);
 
 while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET){}
 
 return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);
}

获取 ADS1118 的片内温度须要将 ADS1118 的寄存器的第4bit修改成1，启动单次转换将第15bit写1便可：
　　

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< 大专栏  STM32F103驱动ADS1118/pre>

float ads1118_get_temperature(void)
{
 uint16_t adc=0;
 float value=0;
 adsConfigReg.stru.NOP  = DATA_VALID;
 adsConfigReg.stru.TS_MODE = TEMPERATURE_MODE;
 adsConfigReg.stru.DR  = DR_8_SPS;
 adsConfigReg.stru.MODE  = SIGNLE_SHOT;
 adsConfigReg.stru.OS  = SINGLE_CONVER_START; 
 
 ADS1118_ENABLE;
 
 adc = SPI_read_write_Reg(adsConfigReg.word);
 
 //conver to temperture
 if(adc&0x8000)
 {
 //-xx.xxx c
 adc>>=2;
  value=(0x3fff-adc+1)*(-0.03125);
 }
 else
 {
 //+xx.xxx c
 adc>>=2;
  value=adc*0.03125; 
 }
 ADS1118_DISABLE;
 return value;
}

ADS1118默认开启ADC模式，经过配置寄存器的12-14bit能够选择开启哪一个通道，具体可参考手册。另外关于片内温度模式时，使用的是14bit左对齐模式。并且ADS1118的转换结果中，负数使用二进制补码格式，所以须要作一个转换，每一个值表明0.03125℃，测试中的SPI通讯数据：

热电偶

ADS1118 可使用差分方式链接两路热电偶温度传感器，本篇也是参考了TI官方文档使用ADS1118进行精密热电偶测量。冷端温度读取片内温度便可，将片内温度转换成热电偶对应的电压，而后加上热端获取的电压值，反向查表便可获取热电偶温度值。实际测试时使用的是K型热电偶，从网上查到K型热电偶的温度电压对应表，进行查表：
　　

type_k_thermo_lookup_table type_k_thermo_lookup[16] = {
{-200,-5.891},
{-100,-3.554},
{0,0},
{100,4.096},
{200,8.138},
{300,12.209},
{400,16.397},
{500,20.644},
{600,24.905},
{700,29.129},
{800,33.275},
{900,37.326},
{1000,41.276},
{1100,45.119},
{1200,48.838},
{1300,52.410}
};

测试时冷端温度通常高于室内温度2摄氏度左右，由于芯片内部发热所致，获取差分输入的代码设置以下：
　　

uint16_t ads1118_get_differential_0_1(uint8_t PGA)
{
 uint16_t adc=0;

 ADS_InitTypeDef ConfigReg;

 ConfigReg.stru.NOP = DATA_VALID;
 ConfigReg.stru.TS_MODE = ADC_MODE;
 ConfigReg.stru.DR = DR_860_SPS;
 ConfigReg.stru.PGA = PGA;
 ConfigReg.stru.MODE = SIGNLE_SHOT;
 ConfigReg.stru.OS = SINGLE_CONVER_START; //high
 ConfigReg.stru.MUX = AINPN_0_1;
 ConfigReg.stru.PULLUP = PULL_UP_EN;
 ConfigReg.stru.RESV = CONFIG_BIT_RESV;
 ADS1118_ENABLE;
 delay_us((uint32_t)1);
 adc = SPI_read_write_Reg(ConfigReg.word);
 
 ADS1118_DISABLE;
 delay_ms(1);
 ADS1118_ENABLE;
 ConfigReg.stru.NOP = DATA_INVALID;
 ConfigReg.stru.TS_MODE = ADC_MODE;
 ConfigReg.stru.DR = DR_860_SPS;
 ConfigReg.stru.PGA = PGA;
 ConfigReg.stru.MODE = SIGNLE_SHOT;
 ConfigReg.stru.OS = SINGLE_CONVER_START; //high
 ConfigReg.stru.MUX = AINPN_0_1;
 ConfigReg.stru.PULLUP = PULL_UP_EN;
 ConfigReg.stru.RESV = CONFIG_BIT_RESV;
 delay_us((uint32_t)1);
 
 //等待Dout给出数据有效信号--从高变低
 while(GPIO_ReadInputDataBit(SPI_MASTER_GPIO,SPI_MASTER_PIN_MISO));
 adc = SPI_read_write_Reg(ConfigReg.word);
 delay_us(1);
 ADS1118_DISABLE;
 return adc;
}

实际测试时，温度精度在2摄氏度左右，并无达到TI官方公布的精度，在硬件电路方面有待进一步提升。所有源码后续会放出。