Difference between revisions of "Matrix - Analog to Digital Converter/zh"

Revision as of 08:26, 1 December 2015

English

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

• 引脚说明:

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 下载Matrix源码

Matrix配件相关的代码是完全开源的，统一由一个仓库进行管理：git://github.com/friendlyarm/matrix.git
该仓库里不同的分支代表着Matrix配件所支持的不同开发板。

• nanopi分支用于支持NanoPi；
• nanopi2分支用于支持NanoPi 2；
• tiny4412分支用于支持Tiny4412；
• raspberrypi分支用于支持RaspberryPi；

在主机PC上安装git，以Ubuntu14.04为例

$ sudo apt-get install git

克隆Matrix配件代码仓库

$ git clone git://github.com/friendlyarm/matrix.git

克隆完成后会得到一个名为matrix的目录，里面存放着所有Matrix配件的代码。

5 与NanoPi 2连接使用

5.1 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-Analog_to_Digital_Converter和NanoPi 2：

连接说明：

5.2 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi2分支

$ cd matrix
$ git checkout nanopi2

编译Matrix配件代码

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi 2配套的arm-linux-gcc-4.9.3。
编译成功后库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-Analog_to_Digital_Converter对应的测试程序为matrix-adc。

5.3 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令将Matrix的硬件驱动、库文件和测试程序拷贝到NanoPi 2的文件系统上。

$ cp modules /media/rootfs/ -r
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d
$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/

将SD卡重新插入NanoPi 2，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令加载硬件驱动。

$ cd /modules
$ insmod pcf8591.ko

运行模块Matrix-Analog_to_Digital_Converter的测试程序。

$ 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：

程序会读取通道0的值。

5.4 代码展示

int main(int argc, char ** argv)
{
    int i = 0;
    int value = 0;
    int channel = 0;
 
    if (argc == 2) {
        channel = atoi(argv[1]);
    }
 
    for (i=0; i<ADC_READ_TIMES; i++) {
        if (pcf8591Read(channel, &value) != -1) {
            printf("channel%d value=%d\n", channel, value);
        } else {
            printf("Fail to get channel%d value\n", channel);        
        }
        usleep(10000);
    }
    return 0;
}

6 与NanoPi连接使用

6.1 准备工作

在NanoPi上运行Debian系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器，参考wiki: NanoPi & How to Build the Compiling Environment。
注意: 只有使用nanopi-v4.1.y-matrix分支编译出来的内核才能配合Matrix配件正常工作。
下载NanoPi内核源代码并编译:

$ git clone https://github.com/friendlyarm/linux-4.x.y.git
$ cd linux-4.x.y
$ git checkout nanopi-v4.1.y-matrix
$ make nanopi_defconfig
$ touch .scmversion
$ make

编译好后的zImage位于内核源码arch/arm/boot/目录下，把该zImage替换掉NanoPi烧写文件sd-fuse_nanopi/prebuilt下的zImage，重新制作SD卡即可。

6.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-Analog_to_Digital_Converter和NanoPi：

连接说明：

6.3 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi分支

$ cd matrix
$ git checkout nanopi

编译Matrix配件代码

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi-Debian配套的arm-linux-gcc-4.4.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-Analog_to_Digital_Converter对应的测试程序为matrix-adc。

6.4 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令可将Matrix的所有库文件和测试程序拷贝到NanoPi的文件系统上。

$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d

将SD卡重新插入NanoPi，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-Analog_to_Digital_Converter的测试程序。

$ 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。

6.5 代码展示

int main(int argc, char ** argv)
{
    int i = 0;
    int value = 0;
    int channel = 0;
 
    if (argc == 2) {
        channel = atoi(argv[1]);
    }
 
    for (i=0; i<ADC_READ_TIMES; i++) {
        if (pcf8591Read(channel, &value) != -1) {
            printf("channel%d value=%d\n", channel, value);
        } else {
            printf("Fail to get channel%d value\n", channel);        
        }
        usleep(10000);
    }
    return 0;
}

7 与Tiny4412连接使用

7.1 准备工作

参考Tiny4412光盘里的《友善之臂Ubuntu使用手册》，在Tiny4412上运行UbuntuCore系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器。
注意：只能使用Tiny4412SDK-1506的底板。

7.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-Analog_to_Digital_Converter和Tiny4412：

连接说明：

7.3 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到tiny4412分支

$ cd matrix
$ git checkout tiny4412

编译Matrix配件代码

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为Tiny4412-UbuntuCore配套的arm-linux-gnueabihf-gcc-4.7.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-Analog_to_Digital_Converter对应的测试程序为matrix-adc。

7.4 运行测试程序

将带有UbuntuCore系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令可将Matrix的所有库文件和测试程序拷贝到Tiny4412的文件系统上。

$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d

将SD卡重新插入Tiny4412，上电启动，在UbuntuCore的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-Analog_to_Digital_Converter的测试程序。

$ 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。

7.5 代码展示

int main(int argc, char ** argv)
{
    int i = 0;
    int value = 0;
    int channel = 0;
 
    if (argc == 2) {
        channel = atoi(argv[1]);
    }
 
    for (i=0; i<ADC_READ_TIMES; i++) {
        if (pcf8591Read(channel, &value) != -1) {
            printf("channel%d value=%d\n", channel, value);
        } else {
            printf("Fail to get channel%d value\n", channel);        
        }
        usleep(10000);
    }
    return 0;
}

8 与RaspberryPi连接使用

9 与Arduino连接使用

10 相关资料

PCF8591.pdf