[资料分享] MSP430程序库<六>通过SPI操作AD7708

AD7708是16位的Σ-Δ型AD转换芯片，在低频应用中，AD7708可以作为单电源供电的完整前端。AD7708内部含有一个PGA（可编程增益放大器），可以完成对信号的放大；PGA范围是2⁰-2⁸八档可编程，当取参考电压2.5v时可以测量量程20mv到2.56v的电压。AD7708和AD7718引脚功能完全一样，只是位数AD7718是24位的，若用7718，只需改动少部分的程序，16位的部分改成24位即可。AD7708是通过SPI接口通信的；程序使用前一篇实现的SPI程序与AD芯片通信，可以作为SPI详细的使用示例。

1. 硬件介绍：

   硬件主要是MSP430的SPI接口和AD7708芯片的说用说明。

   msp430的SPI接口：支持主机模式和从机模式，且始终的极性和相位可调，在于AD转换芯片通信的时候，需要极性一致。有关msp430的SPI的详细介绍，参考：MSP430程序库<五>SPI同步串行通信。

   AD7718 的外部引脚有28 个。按性质主要分为模拟、数字两个部分。模拟部分引脚有模拟输入、参考电压输入和模拟电源三类。模拟输入引脚可以配置为8通道或10通道的伪差分输入，他们共同参考AINCOM端。

   数字部分引脚有 SPI 接口、数据就绪、通用I/O 口和数字电源四类。SPI 接口的4 根标准信号线分别是片选信号CS 、串行时钟输入SCLK、串行数据输入DIN 和串行数据输出DOUT。当AD7718接在SPI 总线上时是从器件，从引脚CS 输入低电平信号使能AD7718。数据就绪RDY 是一个低电平有效的输出引脚。当所选通道数据寄存器中有有效数据时，输出低电平信号；数据被读出后，输出高电平。AD7718 的通用I/O 口是2 个一位口P1 和P2。它们既可配置成输入也可配置成输出，单片机通过SPI 口读写AD7718 片内相关寄存器实现对P1 和P2 的操作。它们扩展了单片机的I/O 接口能力。

   AD7718 的模拟电源和数字电源是分别供电的，都既可以采用+3V 供电，也可以采用+5V 供电。但必须一致，要么都用+3V，要么都用+5V。

   AD7708和AD7718是通过一组片内寄存器控制和配置的。这些寄存器的第一个是通信寄存器，它是用来控制转换器的所有操作。这些部件的所有通信必须先写通信寄存器指定要执行的下一个操作。上电或复位后，设备默认等待写通信寄存器。 STATUS寄存器包含转换器的操作条件的有关信息。 STATUS寄存器是只读寄存器。模式寄存器用于配置转换模式，校准，斩波（chop）启用/禁用，参考电压选择，通道配置和伪差分AINCOM模拟输入操作时的缓冲或无缓冲。模式寄存器是一个读/写寄存器。 ADC控制寄存器是一个读/写寄存器，用来选择活动的通道和编码输入范围和双极性/单极性操作。I/O控制寄存器是一个读/写寄存器，用于配置了2个I/O端口的操作。滤波寄存器是一个读/写寄存器，用于编码转换器的数据更新率。 ADC数据寄存器是一个只读寄存器，它包含在所选通道上的一个数据转换的结果。 ADC的失调寄存器读/写寄存器包含偏移校准数据。有五个偏移寄存器，每个全差分输入通道之一。当配置为伪差分输入模式下的通道共用偏移寄存器。 ADC增益寄存器是读/写寄存器，包含增益校准数据。有5个ADC增益寄存器，每个全差分输入通道之一。当配置为伪差分输入模式通道共享增益寄存器。该ADC包含工厂使用的测试寄存器，用户应不改变这些寄存器的操作条件。 ID寄存器是一个只读寄存器，用于硅识别目的。

   我用的硬件连线方式：430的P3.0接AD7708的CS端，P3.1-P3.2接对应的AD芯片的SPI口；RDY信号没有接；所以，程序使用的是查询方式，等待STATUS寄存器的RDY位指示转换完成。

   有关AD7708的详细信息可以参考它的datasheet；另外我对数据手册的寄存器部分和程序流程的部分进行了翻译，如果需要，可以在本博客底部的附件中下载。

2. 程序实现：

   首先是对AD7708的读写寄存器函数，AD7708的每次操作都以写通信寄存器开始，通过这一步，指示下一步将进行什么操作；有关寄存器每一位的意义，参考附件(博客结尾)中的AD7708-寄存器

   写入寄存器：

   void AD7708WriteRegister(char addr,long dat)
   {
       SpiWriteData(addr);     //写通信寄存器，通知下个操作：写addr寄存器
       if(IsLong[addr])        //如果是16位寄存器, 7718则24位若移植要改if内语句
       {
           SpiWriteData(dat>>8);
       }
       SpiWriteData(0xFF&dat);       //写入低位数据
   }

   寄存器地址，可以查阅datasheet或我翻译的那部分；IsLong字符数组指示对应的寄存器是8位还是16位的：

   char IsLong[16] = {0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,0,0};

   读取寄存器：

   long AD7708ReadRegister(char addr)
   {
       char h = 0,l = 0;           //高低字节数据
       SpiWriteData(0x40|addr);    //写通信寄存器，通知下个操作：读addr寄存器
       if(IsLong[addr])
       {
           h = SpiWriteData(0xFF);
       }
       l = SpiWriteData(0xFF);
       return ((unsigned int)h<<8)|l;
   }

   SPI解释：430是SPI主机模块，当发送的时候，同时，另外一个时钟沿采样接收，所以，每次发送完成后的半个周期，均可得到读出的数据；所以SpiWriteData函数写入的同时返回同时收到的字符。发送0xFF即是为提供读取即将到来的数据提供时钟，详细可以参考上一篇的注意事项部分（刚更新的）。

   读取结果数据：

   long AD7708ReadResultData()
   {
       while((AD7708ReadRegister(0x00)&0x80)==0); //等待转换完成
       return AD7708ReadRegister(0x04);
   }

   等待STATUS的RDY位变高(AD数据转换更新完成)，读取data寄存器的内容。

   校准：校准的过程在datasheet中有详细的流程图；可以参考datasheet或者附件中的AD7708-寄存器，这个子函数只完成一个通道的校准，通道地址有参数输入，方便调用：

   void AD7708Cal(char channel)
   {
       adccon = (adccon&0x0f)|(channel<<4);
       mode = (mode&0xf8)|0x04;                //内部0校准
       AD7708WriteRegister(0x02,adccon);       //ADC控制寄存器，channel通道
       AD7708WriteRegister(0x01,mode);         //模式寄存器
       while((AD7708ReadRegister(0x01)&0x07)!=0x01);   //等待校准完成
       
       mode = (mode&0xf8)|0x05;                //内部 满标度校准
       AD7708WriteRegister(0x01,mode);         //模式寄存器
       while((AD7708ReadRegister(0x01)&0x07)!=0x01);   //等待校准完成
   }

   adccon是程序记录的前一次输入的ADCCON寄存器的内容，mode是程序记录的上一次输入的MODE寄存器的内容，因为串口读取需要时间，为了获取更快的速度，程序记录了这两个变量，以供使用。通道地址参考datasheet，或附件中的文档。

   初始化：

   void AD7708Init(char chop)
   {

   P3DIR|=BIT0;
   P3OUT&=~BIT0;                            //CS选中

       //主机模式，115200,8位数据位，三线模式，时钟模式1（具体见spi.c）
       SpiMasterInit(115200,8,3,1);        //时钟不是准确的115200（具体见spi.c）
       _EINT();                            //开中断，spi读写程序要需要中断
       
       char filter;
       adccon = 0x0f;
       if(chop == 0)
       {
           filter = 0x03;                  //滤波寄存器设为最小值，可以更改
           mode = 0x91;                    //斩波禁止，10通道，无缓冲，空闲模式
       }
       else
       {
           filter = 0x0D;                  //滤波寄存器设为最小值，可以更改
           mode = 0x11;                    //斩波启用，10通道，无缓冲，空闲模式
       }
       
       AD7708WriteRegister(0x07,0x00);     //IO寄存器，不用==
       AD7708WriteRegister(0x03,filter);   //滤波寄存器
       AD7708WriteRegister(0x02,0x0F);     //ADC控制寄存器，0通道，单极性
       AD7708WriteRegister(0x01,mode);     //模式寄存器
       if(chop == 0)
           for(int i = 0; i<5;i++)
           {
               //校准，因只有5个失调寄存器，多的就会覆盖之前的，只校准5个即可
               AD7708Cal(5);
           }
       
       _DINT();
   }

   初始化制引入了斩波这一个参数，其他的均使用固定的参数：10通道伪差分、单极性、无缓冲、滤波寄存器设为斩波或禁止斩波时候的最快速度，需要的话可以自行修改。SPI初始化之后开中断，目的是向AD写内容以初始化AD。初始化完成后关中断，为了让程序库的初始化后一致，但调用这个函数后，需要开中断，才能正常使用AD采样的其它函数。

   采样启动：本程序只支持了单词采样的开始，若需要连续模式的，可以自行实现（比较容易实现：只需更改寄存器的值即可）：

   void AD7708Start(char channel)
   {
       adccon = (adccon&0x0f)|(channel<<4);
       mode = (mode&0xf8)|0x02;
       AD7708WriteRegister(0x02,adccon);
       AD7708WriteRegister(0x01,mode);
   }

   根据之前一次的控制寄存器和模式寄存器的设置，更改现在需要的值，写入相应寄存器即可。

   到此，程序部分完成，需要扩展，可以自行添加。

3. 使用说明：

   使用时，只需加入AD7708.c，文件包含AD7708.h，然后就可以正常使用本程序提供的函数；具体可以参考示例工程和其中的main.c文件。

   long a;
   void main()
   {
       // Stop watchdog timer to prevent time out reset
       WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
       ClkInit();
       AD7708Init(0);  //禁止斩波 1时启用斩波
       
       _EINT();        //开中断，程序需要用到SPI的中断；冲突，可以更改SPI函数
       
       while(1)                    //串口测试
       {
           AD7708Start(0);
           a = AD7708ReadResultData();         //读取AD采样后的结果
           //电压计算方法：a*1.024*2.5(参考电压)/65535
           a = AD7708ReadRegister(0);          //去状态值，此处函数不需要用
           
       }
   }

   AD7708的程序库（简化，其他需求可以自行添加：有读写寄存器的函数之后，添加其他功能比较简单）已经完成，有什么不足之处欢迎大家讨论；谢啦。