电容数字转换器AD7747测试代码

littleshrimp

电容数字转换器AD7747测试代码 [复制链接]

AD7747是一款高分辨率、Σ-Δ型电容数字转换器(CDC)。要测量的电容可直接连接到器件输入端。该架构还具有高分辨率(24-bit无失码、最高19.5-bit有效分辨率)、高线性度(±0.01%)和高精度(±10 fF工厂校准)等固有特性。AD7747的电容输入范围是±8 pF(可变)，而且可接受最大17 pF共模电容(不可变)，后者可以通过一个可编程片内数字电容转换器(CAPDAC)来平衡。

代码使用MSP430FR5969测试，软件I2C，方便移植
因为官方只提供了AD7746测试代码，寄存器有些不同，引用了它的头文件并做修改
实际使用时遇到一个问题，我使用的软件模拟I2C在读取数据时写头SLV_ID,写SUB_ADDR后执行发停止位，然后重新发送SLV_ID读取当前地址的寄存器值，这是一个错误的写法，在以往的I2C传感器测试中没有出现过问题，原因应该是其它器件在收到停止位时并不会将寄存器重新指向零，而AD7747不同，如果发送停止位，寄存器会指针会移到0，再次执行读取时实际上是从零开始读取，后来将中间的停止位去掉后解决。



另外一个需要注意的是，为了保证数据的准确性，在启动连续转换模式时
一定要从数据输出寄存器的起始地址连续读取3个字节
如果分3次读取CAP_H,CAP_M,CAP_L这三个寄存器，可能会导致读取到的3个数据没有同步更新
比如刚读取了第一次转换的24位数据的高8位CAP_H后，如果间隔过长或者正好第二次数据转换完成后更新了输出寄存器
这时再读取CAP_M和CAP_L则对应了第2组24位数据的低16位



测试数据

1. /*******************************************************************************
   
2. * Copyright (C), 2017, littleshrimp(虾扯蛋）
   
3. * FileName: main.c
   
4. * Author: littleshrimp
   
5. * Version : 1.0
   
6. * Date:  2017-09-24 21:46
   
7. * Description:
   
8. * Function List: //
   
9. * 1. -------
   
10. * History:
    
11. * <author>   <time>                <version >  <desc>
    
12. * littleshrimp      2017-09-24 21:46        build this moudle
    
13. ******************************************************************************/
    
14. /*
    
15. 
    
16.               MSP430FR5969
    
17.             -----------------
    
18.            |     P2.0/UCA0TXD|----> PC
    
19.            |                 |
    
20.            |                 |
    
21.            |     P2.1/UCA0RXD|<---- PC
    
22.            |                 |
    
23.   SCL --o--|P3.5             |
    
24.            |                 |
    
25.   SDA --o--|P3.6             |
    
26. 
    
27. */
    
28. /*******************************************************************************
    
29. *  * INCLUDES
    
30. *  */
    
31. 
    
32. #include "msp430.h"
    
33. #include <stdio.h>
    
34. #include <math.h>
    
35. #include <stdint.h>
    
36. #include "uart.h"
    
37. #include "soft_i2c.h"
    
38. #include "timer.h"
    
39. /*******************************************************************************
    
40. *  * MACROS
    
41. *  */
    
42. 
    
43. /*******************************************************************************
    
44. *  * CONSTANTS
    
45. *  */
    
46. /* AD7746 Slave Address */
    
47. #define AD7746_ADDRESS                  0x48
    
48. 
    
49. /* AD7746 Slave Address */
    
50. #define AD7746_RESET_CMD                0xBF
    
51. 
    
52. /* AD7746 Register Definition */
    
53. #define AD7746_REG_STATUS                        0
    
54. #define AD7746_REG_CAP_DATA_HIGH                1
    
55. #define AD7746_REG_CAP_DATA_MID                        2
    
56. #define AD7746_REG_CAP_DATA_LOW                        3
    
57. #define AD7746_REG_VT_DATA_HIGH                        4
    
58. #define AD7746_REG_VT_DATA_MID                        5
    
59. #define AD7746_REG_VT_DATA_LOW                        6
    
60. #define AD7746_REG_CAP_SETUP                        7
    
61. #define AD7746_REG_VT_SETUP                        8
    
62. #define AD7746_REG_EXC_SETUP                        9
    
63. #define AD7746_REG_CFG                                10
    
64. #define AD7746_REG_CAPDACA                        11
    
65. #define AD7746_REG_CAPDACB                        12
    
66. #define AD7746_REG_CAP_OFFH                        13
    
67. #define AD7746_REG_CAP_OFFL                        14
    
68. #define AD7746_REG_CAP_GAINH                        15
    
69. #define AD7746_REG_CAP_GAINL                        16
    
70. #define AD7746_REG_VOLT_GAINH                        17
    
71. #define AD7746_REG_VOLT_GAINL                        18
    
72. 
    
73. /* AD7746_REG_STATUS bits */
    
74. #define AD7746_STATUS_RDY                        (1 << 2)
    
75. #define AD7746_STATUS_RDYVT                        (1 << 1)
    
76. #define AD7746_STATUS_RDYCAP                        (1 << 0)
    
77. 
    
78. /* AD7746_REG_CAP_SETUP bits */
    
79. #define AD7746_CAPSETUP_CAPEN                        (1 << 7)
    
80. #define AD7746_CAPSETUP_CAPDIFF                        (1 << 5)
    
81. 
    
82. /* AD7746_REG_VT_SETUP bits */
    
83. #define AD7746_VTSETUP_VTEN                        (1 << 7)
    
84. #define AD7746_VTSETUP_VTMD_INT_TEMP                (0 << 5)
    
85. #define AD7746_VTSETUP_VTMD_EXT_TEMP                (1 << 5)
    
86. #define AD7746_VTSETUP_VTMD_VDD_MON                (2 << 5)
    
87. #define AD7746_VTSETUP_VTMD_EXT_VIN                (3 << 5)
    
88. #define AD7746_VTSETUP_EXTREF                        (1 << 4)
    
89. #define AD7746_VTSETUP_VTSHORT                        (1 << 1)
    
90. #define AD7746_VTSETUP_VTCHOP                        (1 << 0)
    
91. 
    
92. /* AD7746_REG_EXC_SETUP bits */
    
93. #define AD7746_EXCSETUP_EXCDAC                        (1 << 3)
    
94. #define AD7746_EXCSETUP_EXCEN                         (1 << 2)
    
95. #define AD7746_EXCSETUP_EXCLVL_VDD_8                (0 << 0)
    
96. #define AD7746_EXCSETUP_EXCLVL_VDD_4                (1 << 0)
    
97. #define AD7746_EXCSETUP_EXCLVL_VDD_3_8                (2 << 0)
    
98. #define AD7746_EXCSETUP_EXCLVL_VDD_2                (3 << 0)
    
99. 
    
100. /* AD7746_REG_CFG bits */
     
101. #define AD7746_CONF_VTFS(x)                        (((x) & 0x3) << 6)
     
102. #define AD7746_CONF_CAPFS(x)                        (((x) & 0x7) << 3)
     
103. #define AD7746_CONF_MODE_IDLE                        (0 << 0)
     
104. #define AD7746_CONF_MODE_CONT_CONV                (1 << 0)
     
105. #define AD7746_CONF_MODE_SINGLE_CONV                (2 << 0)
     
106. #define AD7746_CONF_MODE_PWRDN                        (3 << 0)
     
107. #define AD7746_CONF_MODE_OFFS_CAL                (5 << 0)
     
108. #define AD7746_CONF_MODE_GAIN_CAL                (6 << 0)
     
109. 
     
110. /* AD7746_REG_CAPDACx bits */
     
111. #define AD7746_CAPDAC_DACEN                        (1 << 7)
     
112. #define AD7746_CAPDAC_DACP(x)                        ((x) & 0x7F)
     
113. /*******************************************************************************
     
114. *  * TYPEDEFS
     
115. *  */
     
116. 
     
117. /*******************************************************************************
     
118. *  * GLOBAL VARIABLES
     
119. *  */
     
120. 
     
121. /*******************************************************************************
     
122. *  * EXTERNAL VARIABLES
     
123. *  */
     
124. 
     
125. /*******************************************************************************
     
126. *  * EXTERNAL FUNCTIONS
     
127. *  */
     
128. 
     
129. /*******************************************************************************
     
130. *  * LOCAL VARIABLES
     
131. *  */
     
132.   
     
133. 
     
134. uint8_t txBuf[40];
     
135. uint8_t rxBuf[40];
     
136. float cap,vt;
     
137. /*******************************************************************************
     
138. *  * PROFILE CALLBACKS
     
139. *  */
     
140. 
     
141. /*******************************************************************************
     
142. *  * LOCAL FUNCTIONS
     
143. *  */
     
144. void dco_init(void);
     
145. /*******************************************************************************
     
146. *  * PUBLIC FUNCTIONS
     
147. *  */
     
148. 
     
149. void delay(int32_t d)
     
150. {
     
151.   while(d--)
     
152.   {
     
153.     __delay_cycles(1000);
     
154.   }
     
155. }
     
156. void AD7746_Reset(void)
     
157. {
     
158.     uint8_t cmd = 0;
     
159.    
     
160.     cmd = AD7746_RESET_CMD;
     
161.     i2c_write_n_byte(AD7746_ADDRESS << 1,cmd,txBuf,0);
     
162. }
     
163. void AD7747_Init(void)
     
164. {
     
165.     AD7746_Reset();
     
166.     delay_ms(6000);
     
167.     //AD7746_REG_VT_SETUP
     
168.     txBuf[0] = AD7746_CAPSETUP_CAPEN | AD7746_CAPSETUP_CAPDIFF;
     
169.     //AD7746_REG_VT_SETUP
     
170.     txBuf[1] = AD7746_VTSETUP_VTEN | AD7746_VTSETUP_VTMD_INT_TEMP| AD7746_VTSETUP_VTCHOP;
     
171.     //AD7746_REG_EXC_SETUP
     
172.     txBuf[2] = AD7746_EXCSETUP_EXCDAC | AD7746_EXCSETUP_EXCEN | AD7746_EXCSETUP_EXCLVL_VDD_3_8 ;
     
173.     //AD7746_REG_CFG
     
174.     txBuf[3] = AD7746_CONF_MODE_CONT_CONV;
     
175.     //AD7746_REG_CAPDACA
     
176.     txBuf[4] = AD7746_CAPDAC_DACEN | AD7746_CAPDAC_DACP(0x00);
     
177.     //AD7746_REG_CAPDACB
     
178.     txBuf[5] = AD7746_CAPDAC_DACEN | AD7746_CAPDAC_DACP(0x00);
     
179.     //
     
180.     i2c_write_n_byte(AD7746_ADDRESS << 1,AD7746_REG_CAP_SETUP, txBuf,6);
     
181. }
     
182. float AD7747_GetVT(void)
     
183. {
     
184.     uint32_t temp;
     
185.     rxBuf[0] = AD7746_STATUS_RDYVT;
     
186.     while(!(rxBuf[0] & AD7746_STATUS_RDYVT))
     
187.     {
     
188.         i2c_read_n_byte(AD7746_ADDRESS << 1,AD7746_REG_STATUS,rxBuf,1);
     
189.     }
     
190.     i2c_read_n_byte(AD7746_ADDRESS << 1,AD7746_REG_VT_DATA_HIGH,rxBuf,3);
     
191.     temp = ((uint32_t)rxBuf[0] << 16) + ((uint32_t)rxBuf[1] << 8) + rxBuf[0];
     
192.     return (float)temp / 2048.00 - 4096.00;
     
193. }
     
194. float AD7747_GetCAP(void)
     
195. {   
     
196.     int32_t capData = AD7746_STATUS_RDYCAP;
     
197.    
     
198.     rxBuf[0] = 0;
     
199.     while(!(rxBuf[0] & AD7746_STATUS_RDYCAP))
     
200.     {
     
201.         i2c_read_n_byte(AD7746_ADDRESS << 1,AD7746_REG_STATUS,rxBuf,1);
     
202.     }
     
203.     i2c_read_n_byte(AD7746_ADDRESS << 1,AD7746_REG_CAP_DATA_HIGH,rxBuf,3);
     
204. 
     
205.     capData = ((uint32_t)rxBuf[0] << 16) + ((uint32_t)rxBuf[1] << 8) + rxBuf[0];
     
206.     capData -= 8388607;
     
207.     return (float)capData / 8388607.00 * 8.192;
     
208. }
     
209. int main( void )
     
210. {
     
211.   char outBuf[64];//base64缓存
     
212.   WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;//停止看门狗
     
213.   PM5CTL0 &= ~LOCKLPM5;//这个是一定要加的，不然GPIO不能使用
     
214.   dco_init();
     
215.   i2c_init();//初始化I2C
     
216.   AD7747_Init();
     
217.   uart_init();
     
218.   while(1)
     
219.   {
     
220.     vt = AD7747_GetVT();
     
221.     cap = AD7747_GetCAP();
     
222.     sprintf(outBuf,"%.6f\t%.2f",cap,vt);
     
223.     uart_tx_string(outBuf);//输出到PC
     
224.     uart_tx_string("\r\n");//换行
     
225.     delay(1000);
     
226.   }
     
227. }
     
228. void dco_init(void)
     
229. {  
     
230.   // Configure one FRAM waitstate as required by the device datasheet for MCLK
     
231.   // operation beyond 8MHz _before_ configuring the clock system.
     
232.   FRCTL0 = FRCTLPW | NWAITS_1;
     
233. 
     
234.   // Clock System Setup
     
235.   CSCTL0_H = CSKEY >> 8;                    // Unlock CS registers
     
236.   CSCTL1 = DCORSEL | DCOFSEL_4;             // Set DCO to 16MHz
     
237.   CSCTL2 = SELA__VLOCLK | SELS__DCOCLK | SELM__DCOCLK; // Set SMCLK = MCLK = DCO,
     
238.                                             // ACLK = VLOCLK
     
239.   CSCTL3 = DIVA__1 | DIVS__1 | DIVM__1;     // Set all dividers
     
240.   CSCTL0_H = 0;                             // Lock CS registers
     
241. }

复制代码

1.msp430fr5969 soft i2c AD7747.rar (18.03 KB, 下载次数: 171)

2017-9-24 22:03 上传

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蓝雨夜

片子虽好,可电容输入范围太小了!应用比较局限

飞鸿浩劫

还有这种芯片……pF的电容量我用手一摸就出来了

yichun417

东西好，我原先还用这个片子做过一个自动安平系统呢。

littleshrimp

蓝雨夜 发表于 2017-9-24 22:30
片子虽好,可电容输入范围太小了!应用比较局限

和它的定位有关  测量液位 接近 和位置这些还是够用的
如果量程能达到几百纳法就更好了
可以直接测量湿度传感器

littleshrimp

飞鸿浩劫 发表于 2017-9-24 22:38
还有这种芯片……pF的电容量我用手一摸就出来了

隔着玻璃摸都能测出来

littleshrimp

yichun417 发表于 2017-9-25 10:48
东西好，我原先还用这个片子做过一个自动安平系统呢。

自动安平是干什么用的？

yichun417

littleshrimp 发表于 2017-9-25 12:18
自动安平是干什么用的？

用在测量领域，就是让一个平台的承载面一直处在绝对水平的位置，即使平台自身发生倾斜。

littleshrimp

yichun417 发表于 2017-9-25 13:02
用在测量领域，就是让一个平台的承载面一直处在绝对水平的位置，即使平台自身发生倾斜。

用电容传感器是怎么实现的？能简单说说原理吗

电路艺术

相关技术问题，供参考https://ezchina.analog.com/content?query=AD7747

火日立

楼主，我们有成熟的高精度数据采集解决方案，接受定制化需求，精度稳定性可以样品实测，有兴趣可以聊聊，QQ：2049436443