STM32F103驱动ADS1118

ADS1118 作为常用温度测量芯片被越来越多的开发者熟知,TI官方给出的是基于 MSP430 的驱动测试程序,由于 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。

硬件连接

使用 STM32F103 的 SPI2 接口连接 ADS1118 的通信接口:

STM32F103 ADS1118
PB12 CS
PB13 SCLK
PB14 DOUT
PB15 DIN

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。

SPI 配置

ADS1118 接口的时序要求如图:

DIN 接口接收控制器送过来的配置数据,并且在 SCLK 的下降沿将数据锁存读入 ADS1118 内部,并且在 SCLK 的上升沿中将数据送出到 DOUT。基于此将 STM32F103 的 SPI 接口做如下配置,CPOL=0,CPHA = 1;
  

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void SPI_config(void){
SPI_Cmd(SPI_MASTER, DISABLE);//配置之前先关闭SPI接口
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//全双工
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;//通信速率
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:
  

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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_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, &GPIO_InitStructure);
// Pin PB14 (MISO) must be configured as as input pull-up
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MASTER_PIN_MISO;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(SPI_MASTER_GPIO, &GPIO_InitStructure);
// Pin PB15 (MOSI) must be configured as as 50MHz push pull
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
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:
  

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void SPI_RCC_Configuration(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。

16bits模式:

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可以发送数据0,具体可参考手册。基于此设计数据发送读取函数:
  

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//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 的片内温度需要将 ADS1118 的寄存器的第4bit修改为1,启动单次转换将第15bit写1即可:
  

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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,通过配置寄存器的12-14bit可以选择开启哪个通道,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。而且ADS1118的转换结果中,负数使用二进制补码格式,因此需要做一个转换,每个值代表0.03125℃,测试中的SPI通信数据:

热电偶

ADS1118 可以使用差分方式连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即可,将片内温度转换成热电偶对应的电压,然后加上热端获取的电压值,反向查表即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:
  

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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}
};

测试时冷端温度一般高于室内温度2摄氏度左右,因为芯片内部发热所致,获取差分输入的代码设置如下:
  

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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,并没有达到TI官方公布的精度,在硬件电路方面有待进一步提高。全部源码后续会放出。

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