Matrix - Analog to Digital Converter/zh

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1 介绍

Analog to Digital Converter
  • 模块Matrix-Analog_to_Digital_Converter是一款单片、单电源低功耗的八位CMOS数据采集器件。
  • 搭载了PCF8591芯片，共有4 个模拟输入、一个输出和一个串行I2C 总线接口。3 个地址引脚A0、A1 和A2 用于编程硬件地址，允许将最多8个器件连接至I2C总线而不需要额外硬件。器件的地址、控制和数据通过两线双向I2C总线传输。
  • I2C地址被配置为1001000x，参考电压跟电源电压一样，即采集范围是地到电源。
  • 电源输入范围是2.5V-6.0V，2.54mm排针中的5V是电源输入脚，但是如果您需要采集0-3.3V的模拟信号，而又不想降低采集精度，可以把电源输入改为3.3V。

2 特性

  • 宽电源电压输入，2.5V-6.0V
  • I2C接口，3.3V/5V
  • 8-bit A/D x4
  • 8-bit D/A x1
  • 体积小巧， 带固定孔，方便嵌入到外壳
  • 2.54mm排针接口，接线方便，通用性强
  • PCB尺寸（mm）：16x24

模数PCB

  • 引脚说明:
名称 描述
SDA I2C SDA
SCL I2C SCL
5V 电源5V
GND 地
AOUT 模拟输出通道
A3 模拟输入通道3
A2 模拟输入通道2
A1 模拟输入通道1
A0 模拟输入通道0

3 工作原理

芯片PCF8591是用i2c总线进行串行输入/输出，因此模块上的SDA、SCL两个引脚可以接到开发板的I2C的SDA、SCL两个引脚上。模块上还有AINT0-AINT4引脚为外部模拟输入可编程为单端或差分输入，要注意外接的模拟电压输入范围在0—VDD。
1、PCF8591在I2C总线系统通过激活来发送一个有效的地址到设备中，可编程地址必须根据地址引脚A0、A1、A2来设置。I2C协议中信息发送开始后发送的第一个字节是地址信息，地址字节的最后一位是用于设置以后数据传输方向的读/写位。
2、发送到PCF8591 的第二个字节将被存储在控制寄存器，用于控制器件功能。控制寄存器的高半字节用于允许模拟输出，和将模拟输入编程为单端或差分输入。低半字节选择一个由高半字节定义的模拟输入通道。
3、在A/D 转换周期将临时使用片上D/A 转换器和高增益比较器。一个A/D 转换周期总是开始于发送一个有效读模式地址给PCF8591 之后。A/D 转换周期在应答时钟脉冲的后沿被触发，并在传输前一次转换结果时执行A/D转换器采用。

4 硬件连接

4.1 连接NanoPi NEO/NanoPi NEO Air

NanoPi M1和NanoPi NEO以及NanoPi NEO Air的前24Pin引脚定义是一模一样的，所以它们操作Matrix配件的步骤是一样的，并且使用同一份代码。

参考下图连接模块：
Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_NEO

连接说明：

Matrix-Analog_to_Digital_Converter NanoPi NEO
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

Example.jpg

4.2 连接NanoPi M1

参考下图连接模块：
Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_m1

连接说明：

Matrix-Analog_to_Digital_Converter NanoPi M1
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

4.3 连接NanoPi 2

参考下图连接模块：
Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_2

连接说明：

Matrix-Analog_to_Digital_Converter NanoPi 2
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

4.4 连接NanoPi M2 / NanoPi 2 Fire

NanoPi M2和NanoPi 2 Fire的40 Pin引脚定义是一模一样的，所以它们操作Matrix配件的步骤是一样的，这里仅以NanoPi M2为例。
参考下图连接模块：
Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_M2

连接说明：

Matrix-Analog_to_Digital_Converter NanoPi M2
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

4.5 连接NanoPi M3

参考下图连接模块：
Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_M3

连接说明：

Matrix-Analog_to_Digital_Converter NanoPi M3
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

4.6 连接NanoPC-T2/NanoPC-T3

由于NanoPC-T2跟NanoPC-T3的引脚是一样的，所以连接方式是一样的，这里仅以T2为例，参考下图连接模块：
Matrix-Analog_to_Digital_Converter_NanoPC-T2

连接说明：

Matrix-Analog_to_Digital_Converter NanoPC-T2
SDA Pin6
SCL Pin5
5V Pin29
GND Pin30

5 编译运行测试程序

启动开发板并运行Debian系统，进入系统后克隆Matrix代码仓库： 

$ apt-get update && apt-get install git
$ git clone https://github.com/friendlyarm/matrix.git

克隆完成后会得到一个名为matrix的目录。

编译并安装Matrix： 

$ cd matrix
$ make && make install

运行测试程序： 

$ matrix-adc

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。
运行效果如下：

The channel0 value is 2460

当通道0接到5V时，能得到最大值2550，当通道0接到地时，能得到最小值0。

6 代码说明

所有的开发板都共用一套Matrix代码，本模块的测试示例代码为matrix-analog_to_digital_converter，内容如下: 

int main(int argc, char ** argv)
{
    int i = 0;
    int value = 0;
    int channel = 0;
 
    if (boardInit() < 0) {
        printf("Fail to init board\n");
        return -1;
    }
 
    if (argc == 2)
        channel = atoi(argv[1]);
    system("modprobe "DRIVER_MODULE);
    signal(SIGINT, intHandler);
    for (i=0; i<ADC_READ_TIMES; i++) {
        if (pcf8591Read(channel, &value) != -1) {
            printf("The channel%d value is %d\n", channel, value);
        } else {
            printf("Fail to get channel%d value\n", channel);
        }
    }
    system("rmmod "DRIVER_MODULE);
 
    return 0;
}

API说明参考维基：Matrix API reference manual

7 相关资料

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