MCU芯片AS32A601與INA226芯片精確測(cè)量實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用
一、引言
為滿足精準(zhǔn)的電源管理需求，國(guó)科安芯推出的AS32X601開發(fā)板特別搭載了INA226雙向電流/功率監(jiān)測(cè)芯片。該芯片不僅支持高達(dá)36V的總線電壓，更能通過其集成的Δ-Σ ADC對(duì)分流電阻器上的壓降進(jìn)行高精度采樣，從而實(shí)現(xiàn)毫伏級(jí)電壓與微安級(jí)電流的精確測(cè)量。這一特性使其非常適用于電池充放電監(jiān)控、服務(wù)器/工控設(shè)備能耗分析以及太陽能系統(tǒng)發(fā)電效率評(píng)估等高級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景。
二、INA226簡(jiǎn)介
2.1****引腳功能
INA226有兩個(gè)地址引腳，A0和A1。下圖描述了16個(gè)可能地址中的每一個(gè)的引腳邏輯。INA226模塊A0 A1****引腳被下拉至 ** GND ** ，故 ** IIC 地址則為 ** Write：1000 0000 0x80 Read：1000 0001 0x81
2.2****寄存器介紹
2.2.1配置寄存器 0x00
配置寄存器設(shè)置控制設(shè)備的工作模式。該寄存器控制分流和總線電壓測(cè)量以及所用的平均模式的轉(zhuǎn)換時(shí)間設(shè)置。
2.2.2分流電壓寄存器**** 0x01
用于存儲(chǔ)當(dāng)前的分流電壓讀數(shù)Vshunt。負(fù)數(shù)采用二進(jìn)制補(bǔ)碼格式表示。生成一個(gè)負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼方法是：對(duì)其絕對(duì)值的二進(jìn)制數(shù)取反，然后加1。如果最高有效位（MSB）為1，則表示這是一個(gè)負(fù)數(shù)。最小分辨率（Vshunt _LSB）為 2.5uV。
注：分流電壓最大81.92mV，而該模塊的采樣電阻是0.1R，故最大電流為 81.92mV / 0.1R = 819.2mA
分流電壓計(jì)算：Vshunt = 寄存器值 * Vshunt _LSB(2.5uV)
2.2.3.總線電壓寄存器 ** 0x02**
用于存儲(chǔ)最近一次的總線電壓讀數(shù) Vbus。如果啟用了平均功能，則該寄存器顯示的是平均后的數(shù)值。滿量程范圍為 40.96V（對(duì)應(yīng) 7FFF）；最小分辨率（Vbus_LSB）為 1.25 mV。
總線電壓計(jì)算：Vbus = 寄存器值 * Vbus_LSB(1.25 mV )
2.2.4.功率寄存器 ** 0x03**
用于存儲(chǔ)功率讀數(shù) Power ，如果啟用了平均功能，該寄存器將顯示平均值。功率寄存器的最低有效位（LSB）在內(nèi)部被設(shè)定為等于 Current_LSB 所設(shè)定值的 25 倍。功率寄存器通過將電流寄存器的十進(jìn)制值與總線電壓寄存器的十進(jìn)制值相乘來記錄以瓦特（Watts）為單位的功率。
功率計(jì)算： Power = 寄存器值 * Power_ LSB
由手冊(cè)可知 Power_LSB(功率最小分辨率) = Current_LSB(電流最小分辨率) * 25
Current_LSB 手冊(cè)給出了計(jì)算公式，如下
Current_LSB = 最大電流 / 2^15 = 819.2mA / 2^15 = 0.025mA
2.2.5.電流寄存器 ** 0x04**
用于存儲(chǔ)電流讀數(shù) Current，如果啟用了平均功能，該寄存器將顯示平均值。電流寄存器的值是通過將分流電壓寄存器中的十進(jìn)制值與校準(zhǔn)寄存器中的十進(jìn)制值相乘來計(jì)算的
電流值 = 寄存器值 * Current_LSB(0.05mA) (Current_LSB 的計(jì)算在上文功率寄存器小節(jié)已經(jīng)給出)
2.2.6.基準(zhǔn)寄存器 ** 0x05**
該寄存器為器件提供用于產(chǎn)生測(cè)量差分電壓的分流電阻值。它還設(shè)置電流寄存器的分辨率。編程該寄存器可設(shè)置 Current_LSB 和 Power_LSB。該寄存器也適用于整體系統(tǒng)校準(zhǔn)。
該寄存器主要是設(shè)置系統(tǒng)基準(zhǔn)的，將 基準(zhǔn)值(CAL) 寫入寄存器即可
Current_LSB= 0.05mA (上文功率寄存器小節(jié)已經(jīng)給出) ，根據(jù)原理圖可知 Rshunt = 0.1R
CAL = 0.00512 / (0.00005A * 0.1R) = 1024 = 0x0400
三、I2C時(shí)序說明
**3.1 **寫時(shí)序
FlagStatus I2C_MEEPROMWriteByte(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t addr, uint16_t reg, uint16_t data, uint32_t timeout)
{
/ 等待總線釋放 /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, I2C_BUS_IDLE))
{
I2C_StartClear(I2Cx);
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
if ((timeout--) == 0)
{
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
I2C_GenerateStart(I2Cx);
/ 等待啟動(dòng)信號(hào)完成 /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MASTER_START_READY))
{
if ((timeout--) == 0)
{
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
I2C_Send7bitAddress(I2Cx, addr, I2C_WRITE);
I2C_StartClear(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
/ 等待從機(jī)接收完成地址并發(fā)送ack /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MSEND_WADDR_ACK))
{
if ((timeout--) == RESET)
{
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
I2C_SendData(I2Cx, (uint8_t)(reg >> 0));
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
/ 等待從機(jī)接收完成數(shù)據(jù)并發(fā)送ack /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MSEND_DATA_ACK))
{
if ((timeout--) == 0)
{
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
I2C_SendData(I2Cx, (data&0xff00)>>8);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
/ 等待從機(jī)接收完成數(shù)據(jù)并發(fā)送ack /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MSEND_DATA_ACK))
{
if ((timeout--) == 0)
{
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
I2C_SendData(I2Cx, data&0x00ff);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
/ 等待從機(jī)接收完成數(shù)據(jù)并發(fā)送ack /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MSEND_DATA_ACK))
{
if ((timeout--) == 0)
{
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return 1;
}
3.2 讀時(shí)序
FlagStatus I2C_MEEPROMRead(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t addr, uint16_t reg, uint8_t* pData, uint32_t Size, uint32_t timeout)
{
uint32_t num = 0x00;
/ 等待總線釋放 /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, I2C_BUS_IDLE))
{
I2C_StartClear(I2Cx);
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
if ((timeout--) == 0)
{
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
I2C_AcknowledgeConfig(I2Cx, I2C_IICAA_ACK);
I2C_GenerateStart(I2Cx);
/ 等待啟動(dòng)信號(hào)完成 /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MASTER_START_READY))
{
if ((timeout--) == 0)
{
I2C_StartClear(I2Cx);
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
I2C_Send7bitAddress(I2Cx, addr, I2C_WRITE);
I2C_StartClear(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
/ 等待從機(jī)接收完成地址并發(fā)送ack /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MSEND_WADDR_ACK))
{
if ((timeout--) == 0)
{
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
// I2C_SendData(I2Cx, (uint8_t)(reg >> 8));
// I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
// / 等待從機(jī)接收完成數(shù)據(jù)并發(fā)送ack /
// while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MSEND_DATA_ACK))
// {
// if ((timeout--) == 0)
// {
// I2C_GenerateStop(I2Cx);
// I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
// return 0;
// }
// delay_ms(1);
// }
I2C_SendData(I2Cx, (uint8_t)(reg >> 0));
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
/ 等待從機(jī)接收完成數(shù)據(jù)并發(fā)送ack /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MSEND_DATA_ACK))
{
if ((timeout--) == 0)
{
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
I2C_GenerateStart(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
/ 等待從機(jī)接收完成數(shù)據(jù)并發(fā)送ack /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MASTER_START_REPEAT))
{
if ((timeout--) == 0)
{
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
I2C_Send7bitAddress(I2Cx, addr, I2C_READ);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
/ 等待從機(jī)接收完成地址并發(fā)送ack /
while (!I2C_CheckStatus(I2Cx, MSEND_RADDR_ACK))
{
if ((timeout--) == 0)
{
I2C_StartClear(I2Cx);
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
for (num = 0; num < Size; num++)
{
if (num == (Size - 1))
{
/* IIC sends NACK */
I2C_AcknowledgeConfig(I2Cx, I2C_IICAA_NACK);
}
else
{
I2C_AcknowledgeConfig(I2Cx, I2C_IICAA_ACK);
}
I2C_StartClear(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
/* Wait for the slave to send the completed data, and the host will send an ack */
while (!(I2C_CheckStatus(I2Cx, MREAD_DATA_ACK) || I2C_CheckStatus(I2Cx, MREAD_DATA_NACK)))
{
if ((Timeout--) == 0)
{
I2C_StartClear(I2Cx);
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return RESET;
}
delay_ms(1);
}
*pData++ = I2C_ReceiveData(I2Cx);
}
I2C_StartClear(I2Cx);
I2C_GenerateStop(I2Cx);
I2C_ClearITPendingBit(I2Cx);
return SET;
}
四、程序
指令
#define I2C I2C0
// INA226 I2C地址（根據(jù)A0和A1引腳配置決定）
#define INA226_ADDRESS 0x40
// INA226寄存器定義
#define INA226_REG_CONFIG 0x00
#define INA226_REG_SHUNT_VOLT 0x01
#define INA226_REG_BUS_VOLT 0x02
#define INA226_REG_POWER 0x03
#define INA226_REG_CURRENT 0x04
#define INA226_REG_CALIB 0x05
#define INA226_REG_MASK_ENABLE 0x06
#define INA226_REG_ALERT_LIMIT 0x07
#define INA226_REG_MANUFACTURER 0xFE
#define INA226_REG_DIE_ID 0xFF
#define Byte_NUMBER 2
main.c
void main()
{
Systemclock_Init();
uint8_t rdata[2] = {0};
delay_init(SMU_ClocksStruct.AXIBus0_Frequency/1000000);
#ifdef DEBUG
IIC0_RESET();
delay_ms(100);
IIC0_SET();
#endif
/* Initialize print usart */
User_Print_Init(115200);
Printf( "INNA226 test begin! n");
User_I2C_Init();
/* Configuration Register */
I2C_MEEPROMWriteByte(I2C, INA226_ADDRESS, INA226_REG_CONFIG, 0x4527, 1000);
delay_ms(1);
/* Calibration Register */
I2C_MEEPROMWriteByte(I2C, INA226_ADDRESS, INA226_REG_CALIB, 0x0A00, 1000);
delay_ms(1);
/* Printf INNA226 ID */
I2C_MEEPROMRead(I2C, INA226_ADDRESS, INA226_REG_MANUFACTURER, rdata, Byte_NUMBER, 2000);
Printf("INNA226 ID:%x%x rn",rdata[0], rdata[1]);
for (int i = 0; i<10; i++)
{
/* Printf INA226_REG_SHUNT_VOLT */
uint16_t shuntVolt=0;
I2C_MEEPROMRead(I2C, INA226_ADDRESS, INA226_REG_SHUNT_VOLT, rdata, Byte_NUMBER, 2000);
shuntVolt = rdata[0]<<8&0xff00 | rdata[1];
Printf("SHUNT VOLT: %f mVrn", shuntVolt2.50.001);
delay_ms(10);
uint16_t busVolt=0;
I2C_MEEPROMRead(I2C, INA226_ADDRESS, INA226_REG_BUS_VOLT, rdata, Byte_NUMBER, 2000);
busVolt = rdata[0]<<8&0xff00 | rdata[1];
Printf("busVolt: %f mVrn", shuntVolt*1.25);
delay_ms(10);
/* Printf INA226_REG_POWER */
uint16_t Power=0;
I2C_MEEPROMRead(I2C, INA226_ADDRESS, INA226_REG_POWER, rdata, Byte_NUMBER, 2000);
Power = rdata[0]<<8&0xff00 | rdata[1];
Printf("Power: %f mWrn", Power*1.25);
/* Printf INA226_REG_SHUNT_VOLT */
uint16_t current=0;
I2C_MEEPROMRead(I2C, INA226_ADDRESS, INA226_REG_CURRENT, rdata, Byte_NUMBER, 2000);
current = rdata[0]<<8&0xff00 | rdata[1];
Printf("CUURET :%f mArn", current*0.02);
delay_ms(100);
Printf("--------------------------rn");
}
while (1);
}
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
審核編輯 黃宇
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