Matrix - Analog to Digital Converter/zh
Contents
1 介绍
- 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:
| 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 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：https://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 https://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：
| Matrix-Analog_to_Digital_Converter | NanoPi 2 |
| SDA | Pin3 |
| SCL | Pin5 |
| 5V | Pin4 |
| GND | Pin6 |
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。
硬件驱动模块位于modules目录下，对应的驱动源码都包含在在NanoPi 2的Linux内核仓库里：https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y.git
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：
| Matrix-Analog_to_Digital_Converter | NanoPi |
| SDA | Pin3 |
| SCL | Pin5 |
| 5V | Pin4 |
| GND | Pin6 |
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：
| Matrix-Analog_to_Digital_Converter | NanoPi |
| SDA | CON18 SDA |
| SCL | CON18 SCL |
| 5V | CON18 5V |
| GND | CON18 GND |
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; }
