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

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(→‎连接NanoPC-T2)
 
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==介绍==
 
==介绍==
 
[[File:ADC.png|thumb|Analog to Digital Converter]]
 
[[File:ADC.png|thumb|Analog to Digital Converter]]
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我们把一颗SOIC-16封装的PFC8591T芯片放到一块小PCB上，并通过2.54mm排针引出了必要的信号。PFC8591T是NXP的一款I2C接口的8位A/D和D/A转换器，包含4路A/D通道和1路D/A通道。我们引出了PFC8591T的电源、地、I2C，4路A/D通道和1路D/A通道的相应引脚。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。PFC8591T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。
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* 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。
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* 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。
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* 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。
  
 
==特性==
 
==特性==
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* PCB尺寸（mm）：16x24
 
* PCB尺寸（mm）：16x24
 
[[File:adcpcb.png|frameless|400px|模数PCB]]
 
[[File:adcpcb.png|frameless|400px|模数PCB]]
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* 引脚说明:
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{| class="wikitable"
 +
|-
 +
|名称  || 描述     
 +
|-
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|SDA    || I2C SDA
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|-
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|SCL    || I2C SCL
 +
|-
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|5V    || 电源5V
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|-
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|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
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|}
  
 
==工作原理==
 
==工作原理==
−
I2C总线系统中的每一片PCF8591通过发送有效地址到该器件来激活。PCF8591模块是用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-0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。另外模块上还有三个红色短路帽，它们的作用分别如下：
+
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。
−
*P4：接上P4短路帽，选择热敏电阻接入电路
+
<br>
−
*P5：接上P5短路帽，选择光敏电阻接入电路
+
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。
−
*P6：接上P6短路帽，选择0-5V可调电压接入电路
+
<br>
−
*注意：如果需要使用4路外部电压输入，请将短路帽去取下。
+
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。
 +
<br>
 +
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。
 +
<br>
  
−
==使用方法==
+
==硬件连接==
−
===连接===
+
===连接NanoPi NEO/NanoPi NEO Air===
−
*连接到NanoPi
+
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。<br>
−
::VCC接5V，G接地
+
−
::SDA接I2C SDA
+
−
::SCL接I2C SCL
+
−
[[File:ADC&NanoPi.png|frameless|600px|NanoPi+ADC]]
+
  
−
===Linux下的C示例===
+
参考下图连接模块：<br>
−
<syntaxhighlight lang="c">
+
[[File:Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_NEO.jpg|frameless|600px|Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_NEO]]
−
#include <stdio.h>
+
−
#include <sys/types.h>
+
−
#include <sys/stat.h>
+
−
#include <fcntl.h>
+
−
#include <unistd.h>
+
−
#include "libfahw.h"
+
  
 +
连接说明：
 +
{| class="wikitable"
 +
|-
 +
|Matrix-Analog_to_Digital_Converter || NanoPi NEO     
 +
|-
 +
|SDA    || Pin3
 +
|-
 +
|SCL    || Pin5
 +
|-
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|5V    || Pin4
 +
|-
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|GND    || Pin6
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|}
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[[File:Example.jpg]]
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 +
===连接NanoPi M1===
 +
参考下图连接模块：<br>
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[[File:Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_m1.jpg|frameless|600px|Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_m1]]
 +
 +
连接说明：
 +
{| class="wikitable"
 +
|-
 +
|Matrix-Analog_to_Digital_Converter || NanoPi M1     
 +
|-
 +
|SDA    || Pin3
 +
|-
 +
|SCL    || Pin5
 +
|-
 +
|5V    || Pin4
 +
|-
 +
|GND    || Pin6
 +
|}
 +
 +
===连接NanoPi 2===
 +
参考下图连接模块：<br>
 +
[[File:Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_2.jpg|frameless|600px|Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_2]]
 +
 +
连接说明：
 +
{| class="wikitable"
 +
|-
 +
|Matrix-Analog_to_Digital_Converter || NanoPi 2     
 +
|-
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|SDA    || Pin3
 +
|-
 +
|SCL    || Pin5
 +
|-
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|5V    || Pin4
 +
|-
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|GND    || Pin6
 +
|}
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 +
===连接NanoPi M2 / NanoPi 2 Fire===
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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。<br>
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参考下图连接模块：<br>
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[[File:Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_M2.jpg|frameless|600px|Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_M2]]
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连接说明：
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{| class="wikitable"
 +
|-
 +
|Matrix-Analog_to_Digital_Converter || NanoPi M2     
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|-
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|SDA    || Pin3
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|-
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|SCL    || Pin5
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|-
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|5V    || Pin4
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|-
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|GND    || Pin6
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|}
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===连接NanoPi M3===
 +
参考下图连接模块：<br>
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[[File:Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_M3.jpg|frameless|600px|Matrix-Analog_to_Digital_Converter_nanopi_M3]]
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 +
连接说明：
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{| class="wikitable"
 +
|-
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|Matrix-Analog_to_Digital_Converter || NanoPi M3     
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|-
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|SDA    || Pin3
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|-
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|SCL    || Pin5
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|-
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|5V    || Pin4
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|-
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|GND    || Pin6
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|}
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===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：<br>
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[[File:Matrix-Analog_to_Digital_Converter_NanoPC-T2.jpg|frameless|600px|Matrix-Analog_to_Digital_Converter_NanoPC-T2]]
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 +
连接说明：
 +
{| class="wikitable"
 +
|-
 +
|Matrix-Analog_to_Digital_Converter || NanoPC-T2
 +
|-
 +
|SDA    || Pin6
 +
|-
 +
|SCL    || Pin5
 +
|-
 +
|5V    || Pin29
 +
|-
 +
|GND    || Pin30
 +
|}
 +
 +
==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：
 +
<syntaxhighlight lang="bash">
 +
$ apt-get update && apt-get install git
 +
$ git clone https://github.com/friendlyarm/matrix.git
 +
</syntaxhighlight>
 +
克隆完成后会得到一个名为matrix的目录。
 +
 +
编译并安装Matrix：
 +
<syntaxhighlight lang="bash">
 +
$ cd matrix
 +
$ make && make install
 +
</syntaxhighlight>
 +
 +
运行测试程序：
 +
<syntaxhighlight lang="bash">
 +
$ matrix-adc
 +
</syntaxhighlight>
 +
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。<br>
 +
运行效果如下：<br>
 +
<syntaxhighlight lang="bash">
 +
The channel0 value is 2460
 +
</syntaxhighlight>
 +
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。
 +
 +
==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:
 +
<syntaxhighlight lang="c">
 
int main(int argc, char ** argv)
 
int main(int argc, char ** argv)
 
{
 
{
−
     int devFD;
+
     int i = 0;
−
     int data, channel, mode;
+
    int value = 0;
 +
     int channel = 0;
  
−
     if ((devFD = pcf8591Init()) == -1) {
+
     if (boardInit() < 0) {
−
         printf("Fail to init pcf8591\n");
+
         printf("Fail to init board\n");
 
         return -1;
 
         return -1;
 
     }
 
     }
−
 
+
   
−
     if (pcf8591SetCtrl(devFD, PCF8591_INIT_AD_CONTROL) == -1) {
+
     if (argc == 2)
−
        printf("Fail to Set pcf8591 control AD\n");
+
        channel = atoi(argv[1]);
−
         pcf8591DeInit(devFD);
+
    system("modprobe "DRIVER_MODULE);
−
         return -1;
+
    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);
 +
         }
 
     }
 
     }
−
     mode = 0;
+
     system("rmmod "DRIVER_MODULE);
−
    printf("pcf8591 working as AD in mode%d\n",mode);
+
      
−
     for(channel = PCF8591_AIN_CHANNEL0;channel <= PCF8591_AIN_CHANNEL3; channel++) {
+
−
        data = pcf8591Read(devFD, mode, channel);
+
−
        printf("Channel%d's value: %d\n",channel,data);
+
−
    }
+
−
    pcf8591DeInit(devFD);
+
 
     return 0;
 
     return 0;
 
}
 
}
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
−
 
+
API说明参考维基：[[Matrix API reference manual/zh|Matrix API reference manual]] <br>
−
===编译并运行示例===
+
−
<syntaxhighlight lang="bash">
+
−
git clone http://github.com/friendlyarm/fa-hardware.git
+
−
cd fa-hardware
+
−
cd demo/matrix-analog_to_digital_converter
+
−
make
+
−
</syntaxhighlight>
+
−
将编译生成的pcf8591通过ftp上传到开发板上运行即可测试。
+
  
 
==相关资料==
 
==相关资料==
 +
*[datasheet][http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PCF8591.pdf PCF8591.pdf]
 +
*[Schematic]([http://wiki.friendlyarm.com/wiki/images/4/41/Matrix_-_Analog_to_Digital_Converter-Schematic.pdf Matrix - Analog_to_Digital_Converter-Schematic.pdf])

Latest revision as of 08:42, 10 November 2016

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

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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