ADS8866 ADC转换芯片驱动调试

牧以南歌〆

已于 2024-12-09 15:48:19 修改

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分类专栏： STM32模块代码库文章标签：单片机嵌入式硬件 stm32 c语言

于 2024-04-24 18:23:07 首次发布

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ADS8866 ADC转换芯片驱动调试

开发环境：

主控芯片：STM32F103RCT6、ADS8866转换芯片、使用HAL库进行开发。

ADS8866功能简介

ADS8866是一款16位，100kSPS，单端输入，模数转换器 (ADC)。此器件以2.5V至5V的外部基准运行，从而在无需额外的信号调节情况下提供宽信号范围。此基准电压设置独立于，并且可超过，模拟电源电压(AVDD)。此器件提供一个SPI兼容串口，此串口也支持菊花链操作以实现多个器件级联。 
此器件支持-0.1V至VREF + 0.1V范围的单极单端模拟输入。器件运行针对极低功耗运行进行了优化。功耗直接与速度成比例。这个特性使得ADS8866非常适合于低速应用。

以下链接是其详细的数据手册：

https://download.youkuaiyun.com/download/qq_45143522/89216266

硬件连接

我这边是使用STM32F103RCT6的SPI3与ADS8866进行通讯的。引脚对应如下：
    stm32f103引脚     ADS8866引脚
    PA15            CONVST作为片选引脚使用
    PB3             SCLK时钟引脚
    PB4             DOUT(MISO)
    PB5             DIN(MOSI)
由于ADS8866分为三线模式和四线模式，我这边使用的是三线模式，即不使用DIN（MISO），硬件设计时可以根据ads8866的datesheet手册根据三线模式的要求将DIN引脚直接和DVDD相连使其保持高电平即可。

SPI3的软件驱动

这里如何使用STM32CubeMX配置SPI3的驱动，可以自己查找相关的资料进行配置，这里不再配置，直接看程序框架及驱动代码。

主函数main程序架构：

uint8_t ads8866_buf[2]; //用来存储ads8866发送来的数据     
int main()
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    
    MX_GPIO_Init(); //初始化GPIO,片选引脚CONVST
    MX_SPI3_Init(); //初始化SPI3的相关引脚及配置SPI3
    
    while(1)
    {
        get_ads8866_data(&hspi3,ads8866_buf);   //stm32读取ads8866转换数据接口函数
        HAL_Delay(2000);
    }
}

MX_GPIO_Init函数主要内容如下：

MX_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_15;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
    //这里将CONVST初始化为低电平是由ADS8866的通讯时序决定的，后面会说。
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET); 
}

MX_SPI3_Init函数主要内容如下：

void MX_SPI3_Init(void)
{       
    hspi3.Instance = SPI3;                  
    hspi3.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;                      //主模式
    hspi3.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi3.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;                //8位帧结构
    hspi3.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;              //SCLK的空闲状态为低电平
    hspi3.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE;                  //在SCLK的第2个跳变沿开始传输数据
    hspi3.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;         
    hspi3.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; //4分频值 频率为36MHz/4 = 9MHz
    hspi3.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;                 //数据传输从MSB位开始
    hspi3.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;            
    hspi3.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;   
    hspi3.Init.CRCPolynomial = 7;                            
    if(HAL_SPI_Init(&hspi3) != HAL_OK)  
    {
        Error_Handler();
    }
 
    __HAL_SPI_ENABLE(&hspi3);
}

其中：
    时钟极性CPOL和时钟相位CPHA两项的设置依然是和ADS8866芯片的通讯时序有关，后面会说到。

HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef * spiHandle)函数的主要内容如下：
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef * spiHandle) 
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    if(spiHandle->Instance == SPI3)
    {
        __HAL_RCC_SPI3_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
        //PB3--SCLK PB4--DOUT(MISO) PB5--DIN(MOSI)
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_5;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
        HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);
        
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);
    }
}

至此，SPI3的HAL库驱动就基本完成了，接着需要与ADS8866芯片进行通讯，来获取adc采集的数据。

ADS8866通讯时序分析

在进行ADS8866驱动开发前，我们需要阅读芯片的datesheet手册来确定通讯的时序。如下图是数据手册里的三线模式的通讯时序图：

根据数据手册及时序图，我们可以知道：
1、在三线模式下，CONVST引脚与DVDD引脚相连，并且将CONVST引脚作为片选引脚使用。
2、CONVST引脚的上升沿会使得DOUT进入三态的状态，并且开始与ads8866建立会话。
3、CONVST引脚由低变高后最少要持续t_conv-max的时间,这个参数为8.8微秒。
4、当建立会话的过程结束之后就进入传输数据的阶段。
5、在CONVST的下降沿，DOUT退出三态状态，ADS8866开始向外传输数据，数据传输从最高位开始。
6、之后的数据传输都是在SCLK的下降沿到来时进行传输。数据在SCLK的双边沿均有效。
7、将片选信号CONVST拉高或者在第16次SCLK时钟的下降沿到来之后DOUT将重新回到三态的状态。
除了以上信息，我们根据时序图还可以知道：
    CONVST片选信号的初始状态为低电平。
    SCLK时钟线的空闲状态为低电平。即时钟极性CPOL = 0。
    在SCLK的第2个跳变沿（下降沿）开始传输数据，即时钟相位CPHA为1。
这三点对我们编写程序非常重要。

ADS8866驱动

经过以上对ADS8866芯片的时序分析之后，我们想要通过SPI通讯读取ADS8866芯片采集转换后的adc数据将十分简单。
具体程序代码如下：

//使用到的微秒级延时函数
void delay_us(uint32_t us)
{
    uint8_t i = 0;
    while(us--)
    {
        i = 12;
        while(i--);
    }
}

//获取ADS8866的转换数据
void get_ads8866_data(SPI_HandleTypeDef *hspi,uint8_t *buf)
{
    //建立会话
    ADC_CS3_HIGH;   //片选信号初始化为低，在DIN为高的时候，片选信号给个上升沿开始与adc芯片建立会话
    delay_us(10);   //片选信号拉高后的持续时间要超过8.8微秒
    //传输数据
    ADC_CS3_LOW;    //片选信号拉低开始传输数据
    HAL_SPI_Receive(hspi,buf,2,100);  //接收ADS8866发送的2字节数据到buf缓存中
}