[使用实例] 树莓派驱动AD7606数据采集模块—SPI接口使用手记

jsbyysheng

        最近做项目，尝试着使用Raspberry Pi2来进行开发。Raspberry Pi2还是挺强大的，只是感觉可用的IO口很少。。项目中需要用到ADC模块，就去淘宝上淘一个安富莱德AD7606，感觉做工挺不错的还。不过价格也是贵哈，120大洋买的。

        AD7606是8路、16位的AD，真双极性-5~+5或者-10~+10，采样率为200ksps(不可设定)，可以选择使用并行模式、字节模式以及SPI模式。考虑到树莓派可怜的IO口数量，妥妥的选择用SPI模式。

        板子默认是上图左边的并行模式，因此拿到手之后需要改动用一下电阻到右边的样子。再详细的资料大家可以去淘宝搜一下，上面讲的很详细。废话不多说，下面上接线图。

       AD7606是带了数字滤波器的，可以通过OS1~OS3来配置，这里我接到了固定电平（000，不滤波）上。有需要的话也可以接到gpio上，我发的驱动程序里面已经预留好了接口。然后rage口是配置量程的，我也接的的固定电平（选择了-5~+5），同样的也可以接在gpio上。AD7606的时序还是很简单的，是标准的SPI接口。由于其所有配置都通过管教的电平来完成，所用的SPI只有SCLK和MISO。

      下图即为AD7606串行模式下的时序图。转换时序选择了在转换后读取，比较方便配置（比较好写^_^），然后是下面的SPI

转换时序图

通信时序图

的时序图。SPI的通信有4种模式，如下图所示，对比可以知道是第二种，即CPOL = 1, CPHA = 0。根据linux/spi/spidev.h中的定

义可知为

1. /*----- SET SPI MODE -----
   
2.     SPI_MODE_0 (0,0)         CPOL = 0, CPHA = 0, Clock idle low, data is clocked in on rising edge, output data (change) on falling edge
   
3.     SPI_MODE_1 (0,1)         CPOL = 0, CPHA = 1, Clock idle low, data is clocked in on falling edge, output data (change) on rising edge
   
4.     SPI_MODE_2 (1,0)         CPOL = 1, CPHA = 0, Clock idle high, data is clocked in on falling edge, output data (change) on rising edge
   
5.     SPI_MODE_3 (1,1)         CPOL = 1, CPHA = 1, Clock idle high, data is clocked in on rising, edge output data (change) on falling edge
   
6.     spi_mode = SPI_MODE_0;

复制代码

应该为SPI_MODE_2。然而，当我在wiringPi的官网查看reference时却发现只提到有以下两个函数：

1. int wiringPiSPISetup (int channel, int speed) ;
   
2. int wiringPiSPIDataRW (int channel, unsigned char *data, int len) ;

复制代码

并不能设置模式啊！！！这和说好不一样啊，坑爹的wiringPi为毛没有把mode接口留出来呢。不甘心之下就去github上查阅了wiringPiSPI.h的源文件，发现了猫腻：

1. #ifdef __cplusplus
   
2. extern "C" {
   
3. #endif
   
4. 
   
5. int wiringPiSPIGetFd     (int channel) ;
   
6. int wiringPiSPIDataRW    (int channel, unsigned char *data, int len) ;
   
7. int wiringPiSPISetupMode (int channel, int speed, int mode) ;
   
8. int wiringPiSPISetup     (int channel, int speed) ;
   
9. 
   
10. #ifdef __cplusplus
    
11. }
    
12. #endif

复制代码

原来如此，mode还是可选的，只是作者没有提而已。。再查阅一下wiringPiSPISetup函数原型可知，其默认选择了mode0，所以我们在使用时应该使用wiringPiSPISetupMode函数。
       接下来直接上驱动的核心代码：（参考安富莱提供的8051程序进行移植）

1. uint8_t ADC_val[CH_NUM * 2];
   
2. 
   
3. void AD7606_Init(){
   
4.         AD7606_IOSet();
   
5.         AD7606_SetDF(0);                 //default:OS2 OS1 OS0 = 000
   
6.         AD7606_SetInputRange(0);         //default:range = -5 ~ +5
   
7.         AD7606_Reset();
   
8. }
   
9. 
   
10. //hook function,used to set input range.
    
11. void AD7606_SetInputRange(int _ucRange){
    
12.         
    
13. }
    
14. //hook function,used to set digital filter.
    
15. void AD7606_SetDF(uint8_t _ucMode){
    
16.         
    
17. }
    
18. //reset function
    
19. void AD7606_Reset(){
    
20.         digitalWrite(CS , HIGH);
    
21.         digitalWrite(CVAB , HIGH);
    
22.          /* AD7606 is high level reset，at least 50ns */
    
23.         digitalWrite(RST, LOW);
    
24.         //delayMicroseconds(1);
    
25.         digitalWrite(RST, HIGH);
    
26.         //delayMicroseconds(1);
    
27.         digitalWrite(RST, LOW);
    
28. }
    
29. 
    
30. void AD7606_IOSet(){
    
31.         pinMode(RST , OUTPUT);
    
32.         pinMode(CVAB, OUTPUT);
    
33.         pinMode(CS  , OUTPUT);
    
34.         pinMode(BUSY, INPUT);
    
35.         pullUpDnControl(BUSY, PUD_UP);
    
36.         digitalWrite(RST, LOW);
    
37.         digitalWrite(CS , HIGH);
    
38.         digitalWrite(CVAB , HIGH);
    
39. }
    
40. 
    
41. void AD7606_StartConv(){
    
42.         /* Conv in rising edge，at least 25ns  */
    
43.         digitalWrite(CVAB, LOW);
    
44.         //delayMicroseconds(1);
    
45.         digitalWrite(CVAB, HIGH);
    
46. }
    
47. //Software Poll
    
48. bool AD7606_StartADC(){        
    
49.         if (digitalRead(BUSY) == 0){
    
50.                 digitalWrite(CS, LOW);
    
51.                 if (wiringPiSPIDataRW (SPI_CHANNEL_0, ADC_val, CH_NUM * 2) == -1){
    
52.                 printf("SPI failure: %s\n", strerror(errno));
    
53.                 }
    
54.                 digitalWrite(CS, HIGH);  
    
55.                 AD7606_StartConv();                        
    
56.                 while(digitalRead(BUSY) == 0);
    
57.                 return true;
    
58.         }
    
59.         else{
    
60.                 printf("Value is not ready: %s\n", strerror(errno));
    
61.                 return false;
    
62.         }
    
63. }

复制代码

这里为需要软件控制数字滤波器以及采样范围的留下了两个hook function，可以自己扩展。然后上电的reset函数，根据手册reset的时间不应少于50ns，而Raspberry Pi2的gpio口电平转换最快是4MHz左右，因此无需额外的延时。在AD7606_StartConv函数中进行了采样结果转换开始的操作。根据手册，我将CVA和CVB口并联起来，给一次信号接足够。按照安富莱提供的资料的说法，CVAB最好接到有pwm输出能力的口上，所以我选择了gpio1，不过后来发现没什么特别之处，换成别的口应该也没什么问题。最后就是AD7606_StartADC函数，由于本次的项目需要用到软件查询的方式采样，所以这里我仅仅写了软件查询，没有写中断的方式。根据函数可以知道，采样的第一组数据是无效的。最终的采样结果是8个16位的数，我保存在了一个extern变量

1. extern uint8_t ADC_val[CH_NUM * 2];

复制代码

中，每个结果占数组的两个位置。因此，在调用AD7606_StartADC()后，从ADC_val数组中即可方便的获得采样结果。
       接下来就是上电实测。使用稳压电源输出3.0000V，稳压电源本身测得输出为3.0037V，万用表测得为3.007V。使用

AD7606的通道1进行采样，通道2~7接地，通道8悬空，得到如下的测量结果：

第一组数据根据驱动文件的驱动方式可知是无效的。观察第二组之后的数据可知采集得到的数据是有效的。至此，驱动完毕。

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jsbyysheng

沙发自己坐

yu0405jie

看着不错，顺便问一下，最高采样率实际可到多少？

bubuxindong

mark            

jsbyysheng

yu0405jie 发表于 2016-3-16 22:05
看着不错，顺便问一下，最高采样率实际可到多少？

应该是可以到200Ksps

qqq1234567

請問，可以附上實際 rpi 連結 ad7606 module 的圖嗎?
對硬體很不熟悉，希望可以對照著做。
謝謝~~

jsbyysheng

qqq1234567 发表于 2016-3-31 23:15
請問，可以附上實際 rpi 連結 ad7606 module 的圖嗎?
對硬體很不熟悉，希望可以對照著做。
謝謝~~  ...

文章中已经给了连接图。

bajonetty

厲害！
正好需要此類經驗，謝謝！

bajonetty

樓主有個問題！

Raspberry Pi2的GPIO 28，29在哪里？
你確定有麽？

GPIO28，29衹有在PI 的Reversion 2.0才有啊！！

jsbyysheng

bajonetty 发表于 2016-4-15 15:32
樓主有個問題！

Raspberry Pi2的GPIO 28，29在哪里？

我用的就是2B+