【经验】芯海科技24位高精度ADC模数转换芯片CS1237应用指南及驱动代码

芯海科技24位高精度ADC模数转换芯片CS1237是一款高精度、低功耗Sigma-Delt模数转换芯片，内置一路ADC，采用两阶Sigma dela调制器，支持一路外部输入差分信号和内部温度传感器。低噪声放大器PGA，增益可选1、2、64、128。在PGA= 128 供电5V条件下，有效分辨率可达20位，封装尺寸小SOP8。由于此款芯片采用自定义2线串口通信，很多用户在初次使用都会遇到时序调试测试带来的系列问题，比较消耗时间精力。为此本文提供基于芯海32bit Cortex M0单片机和CS1237的应用分享，附带程序可以直接拿来使用，已经测试验证。如需要测试工程可以在世强硬创平台找FAE支持。

首先在调试软件之前保证硬件设计没有问题，CS1237外围电路参考如下图所示：VS可以通过内部寄存器配置输出激励信号给传感器和基准源使用，输出电压是芯片供电电压AVDD。MCU供电电压DVDD必须要和CS1237电平保持一致，要么都是3.3V ,要么都是5V供电。有些用户在这里容易犯错误，CS1237采用5V供电，单片机却采用3.3V供电，导致电平不匹配。CS1237识别不了单片机的AD_CLK信号，找不到原因，软件工程师在这里浪费了大量时间和精力。AD_DAT和AD_CLK串联1K电阻是隔离缓冲作用，防止MCU和CS1237之间通信引脚出现高低电平冲突，导致功耗增大影响正常工作。且MCU通信引脚不能有任何上拉或下拉电阻，否则通过1K电阻会形成电阻分压，导致高低电平识别不稳定或失效。

其次在调试软件的时候先对CS1237进行初始化配置，再读取寄存器值，分析是否和写入的值一致。默认寄存器配置是0x0C，初始化值在这里可以先使用0x0E或0x0F。用意是先选择内部温度传感器或者是内部短路，看看效果差异。再修改增益PGA和采样频率，看看效果如何。熟悉后再切换到外部查分输入信号，看看转换结果是否在合理范围内。为什么这么做，原因是有些用户直接使用外部差分信号输入，24bit ADC精度高非常灵敏，mV级别的信号变化都能监测出来，人体靠近离开都对输入信号产生影响，没有个测试标准。还以为是转换结果不稳定，跳动幅度比较大，这又对输入信号源信号质量要有更清晰的了解，一般软件工程师没这个概念。

最后提供测试验证的驱动文件，总结实际用户常见的问题，让大家少走弯路，避免浪费时间和精力。如果还有其他问题，需要工程文件或者技术支持，可以在世强硬创平台找FAE支持。

 附驱动代码如下：

/* PROJECT NAME: ELECTRONIC SCALE.                */

/* CAMPANY     : Chipsea technologies Co., LTD.          */

/* LANGUAGE    : C                               */

/* EDITOR      : SEKORM.Gonagawa_gao             */

/* DATE        : 2021.10.29                        */

/*----------------------------------------------------------------------------

   CODE NAME   : AD_Communication.C

  - description

  - MCU与ADC通讯相关子程序CS32F035+CS1237

-----------------------------------------------------------------------------*/

#include "main.h"

//整个通讯时序的时间必须小于1个数据转换周期

//推荐每个CLK的时间长度：2uS ~ 15uS

#define IO_DATA_AD IO_Data_AD_rd()

#define  R_ADREG_WR 0x65        //写寄存器指令

#define  R_ADREG_RD 0x56        //读寄存器指令

#define  R_ADREG_DA 0x0E        //配置寄存器，0x02选择内部传感器

void F_Delay();

void IO_CLK_AD(_Bool sta);

_Bool IO_Data_AD_rd(void);

void IO_Data_AD_dir(_Bool sta);

void IO_Data_AD_wr(_Bool sta);

struct

{

  uint32_t word;

}R_AD0;

union _UCHAR_BIT

{

  uint8_t byte;

  struct {

    int b00:1;

    int b01:1;

    int b02:1;

    int b03:1;

    int b04:1;

    int b05:1;

    int b06:1;

    int b07:1;

  }bit;

};

  union _UCHAR_BIT reg_data;

  uint8_t regdata;

/*-----------------------------------------------------------------------------

Name       : F_AD_Clock

Function: ADC时序时钟

-----------------------------------------------------------------------------*/

void  F_AD_Clock(void)

{

         IO_CLK_AD(1);// = 1;

         F_Delay();

         IO_CLK_AD(0);// = 0;

         F_Delay();        

}

/*-----------------------------------------------------------------------------

Name       : F_Read_AD_Byte

Function: 读3字节AD值

-----------------------------------------------------------------------------*/

void  F_Read_AD(void)

{

         uint8_t     i;

         R_AD0.word = 0;

         __disable_interrupt();                        //关闭MCU_DAT管脚的外部中断(防止读写时误触发)

         for(i = 0; i < 24; i++)                             //发送24个CLK，接收数据

         {

                   R_AD0.word <<= 1;

                   F_AD_Clock();

                   if(IO_DATA_AD)

                   {

                            R_AD0.word ++;

                   }

         }

         F_AD_Clock();

         F_AD_Clock();

         F_AD_Clock();                                                //CLK27，拉高DRDY

//如果一个数据转换周期内对ADC进行两次或以上的读写操作，则需要发送46个CLK，而不是27个CLK

//(即：发送24个CLK读取数据，然后再发送22个CLK)

         __enable_interrupt();// = 1;                                                   //重新开启MCU_DAT管脚的外部中断

}

/*-----------------------------------------------------------------------------

Name       : F_Rd_AdReg

Function: 读取ADC寄存器

-----------------------------------------------------------------------------*/

uint8_t     F_Rd_AdReg(void)

{       

         uint8_t i;

         union _UCHAR_BIT R_Temp;

         //----------------------------------

         __disable_interrupt();//EIC20_EIE0 = 0;                   //关闭MCU_DAT管脚的外部中断(防止读写时误触发)

         //----------------------------------

         //1 ~ 3：clk1-clk27

         //----------------------------------      

         for(i = 0; i < 27; i++)

         {

                   F_AD_Clock();

         }

         //----------------------------------

         //4：clk28-clk29

         //----------------------------------

         IO_Data_AD_dir(1);                                              //把MCU_Data管脚设为输出

         F_AD_Clock(); 

         F_AD_Clock();

         //----------------------------------

         //5：clk30-clk36(发送读命令)

         //----------------------------------                

         R_Temp.byte = R_ADREG_RD;                                             //读命令(0x56)       

         for(i = 0; i < 7; i ++)

         {

                   if(R_Temp.bit.b06)                              //MSB 判断bit.b06 因为命令是7bit长度，循环7次。

                   {

                            IO_Data_AD_wr(1);// = 1;

                   }

                   else

                   {

                            IO_Data_AD_wr(0);// = 0;

                   }

                   R_Temp.byte = R_Temp.byte << 1;

                   F_AD_Clock();

         }

         //----------------------------------

         //6：clk37

         //----------------------------------

         IO_Data_AD_dir(0);                                              //把MCU_Data管脚设为输入     

        F_AD_Clock(); 

         //----------------------------------

         //7：clk38-clk45(读取寄存器)

         //----------------------------------      

         R_Temp.byte   = 0;

         for(i = 0; i < 8; i++)

         {

                   R_Temp.byte <<= 1;

                   F_AD_Clock();

                   if(IO_DATA_AD)

                   {

                            R_Temp.byte ++;

                   }

         }       

         //----------------------------------

         //8：clk46

         //----------------------------------      

         F_AD_Clock();          

         //----------------------------------

         __enable_interrupt();               //重新开启MCU_DAT管脚的外部中断

         return R_Temp.byte;

}

/*-----------------------------------------------------------------------------

Name       : F_Wr_AdReg

Function: 写入ADC寄存器

-----------------------------------------------------------------------------*/

void  F_Wr_AdReg(uint8_t R_AdReg)

{       

         uint8_t i;

         union _UCHAR_BIT R_Temp;

         //----------------------------------

         __disable_interrupt();//EIC20_EIE0 = 0;                   //关闭MCU_DAT管脚的外部中断(防止读写时误触发)

         //----------------------------------

         //1 ~ 3：clk1-clk27

         //----------------------------------      

         for(i = 0; i < 27; i++)

         {

                   F_AD_Clock();

         }

         //----------------------------------

         //4：clk28-clk29

         //----------------------------------

         IO_Data_AD_dir(1);                                              //把MCU_Data管脚设为输出

        F_AD_Clock(); 

         F_AD_Clock();

         //----------------------------------

         //5：clk30-clk36(发送写命令)

         //----------------------------------                

         R_Temp.byte = R_ADREG_WR;        //写命令(0x65)     

        for(i = 0; i < 7; i ++)

         {

                   if(R_Temp.bit.b06)                              //MSB

                   {

                            IO_Data_AD_wr(1);// = 1;

                   }

                   else

                   {

                            IO_Data_AD_wr(0);// = 0;

                   }

                   R_Temp.byte = R_Temp.byte << 1;

                   F_AD_Clock();

         }

         //----------------------------------

         //6：clk37

         //----------------------------------

         F_AD_Clock(); 

         //----------------------------------

         //7：clk38-clk45(写入寄存器)

         //----------------------------------

         R_Temp.byte = R_AdReg;       

         for(i = 0; i < 8; i ++)

         {

                   if(R_Temp.bit.b07)                              //MSB

                   {

                            IO_Data_AD_wr(1);// = 1;

                   }

                   else

                   {

                            IO_Data_AD_wr(0);// = 0;

                   }

                   R_Temp.byte = R_Temp.byte << 1;

                   F_AD_Clock();

         }

         //----------------------------------

         //8：clk46

         //----------------------------------      

         IO_Data_AD_dir(0);                                              //把MCU_Data管脚设为输入     

        F_AD_Clock();

         //----------------------------------

         __enable_interrupt();                                  //重新开启MCU_DAT管脚的外部中断

}

void IO_CLK_AD(_Bool sta)

{

  if(sta)

    gpio_bits_set(GPIOA,GPIO_PIN_12);      //MCU PA12

  else

    gpio_bits_reset(GPIOA,GPIO_PIN_12);

}

void IO_Data_AD_wr(_Bool sta)

{

  if(sta)

    gpio_bits_set(GPIOA,GPIO_PIN_11);      //MCU PA11

  else

    gpio_bits_reset(GPIOA,GPIO_PIN_11);

}

void IO_Data_AD_dir(_Bool sta)

{

      gpio_config_t  gpio_config_struct;

  if(sta)

    gpio_config_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT;

  else

    gpio_config_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_INPUT;

  {

    gpio_config_struct.gpio_pin = GPIO_PIN_11;      

    gpio_config_struct.gpio_speed = GPIO_SPEED_HIGH; 

    gpio_config_struct.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_PP;

    gpio_config_struct.gpio_pull = GPIO_PULL_NO_PULL; 

    gpio_init(GPIOA, &gpio_config_struct);

  }

}

_Bool IO_Data_AD_rd(void)

{

  return gpio_input_data_bit_read(GPIOA,GPIO_PIN_11); //数据引脚MCU_Data

}

void F_Delay(void)

{

  __no_operation();__no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation();

  __no_operation();__no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation();

  __no_operation();__no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation();

  __no_operation();__no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation();

  __no_operation();__no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); __no_operation(); //48Mhz 时钟，48个nop指令，延时大概1us

}

void Init_adcIC(void)

{

  IO_CLK_AD(0);                                 //CS1237进入工作状态

  while(!IO_Data_AD_rd());            //等待初始化信号，高电平脉冲

  while(IO_Data_AD_rd());

  F_Wr_AdReg(R_ADREG_DA);     //初始化寄存器配置

}

提供两种操作模式，一种是查询模式，一种是中断模式。这两种中断模式建议任选一种，避免操作异常，每次采样周期操作一次读写操作，如非必要尽量不要在一个周期内连续操作。

    cs_start_GPIO_init();                //初始化MCU_data，MCU_clk引脚为输出高电平。

Init_adcIC();                                 //初始化寄存器配置

在主程序中使用查询模式如下：

    while (1)

    {

      if(IO_Data_AD_rd() == 0)//查询方式，开启后必须关闭中断模式！

      {

        regdata = F_Rd_AdReg();         //read regdata 首次操作先读寄存器初始化值是否正确

       // F_Read_AD();               //read ADdata update R_AD0.word 判断读取寄存器值时屏蔽读结果

        if(++j >= 10) j = 0;

        R_AD0_buf[j] = R_AD0.word;

      }

}

在中断函数中使用中断模式如下：如果已经使用查询模式，屏蔽中断内部操作

void EXTI4_15_IRQHandler(void)

{

  static uint8_t i=0;

    if(exti_interrupt_status_get(EXTI_LINE_11) != RESET)

    { 

      //中断方式，开启后必须关闭查询模式！

      {

        regdata = F_Rd_AdReg();         //read regdata

 /*       //F_Read_AD();              //read ADdata

if(++i > =10)  i = 0;

        R_AD0_buf[i] = R_AD0.word;*/

      }

         exti_interrupt_status_clear(EXTI_LINE_11);

    }

}