在產品設計過程中，很多時候都會用到ADC器件，而在一些特殊場合還需要一些特別的ADC器件。我們在這篇中將討論常用于醫療器件方面的，DDC114這款電流輸入ADC，并為其設計一個驅動程序。

1、功能概述

??模數轉換器DDC114是一款電流輸入型ADC，通過對微小電流信號采用電荷積分的方式進行模數轉換。包括4路輸入，每路輸入有2路積分電容；有2路AD轉換器，每2路輸入共用1個AD轉換器。其內部結構框圖如下：

??DDC114采用48腳QFN封裝，其量程范圍、數據格式、轉換周期、操作模式等都是通過配置硬件引腳來實現配置的。其封裝樣式及引腳定義如下：

??DDC114通過SPI接口輸出數字化的結果，該SPI接口由一組數據時鐘(DCLK)，一個有效數據引腳(DVALID)，一組串行數據輸出引腳(DOUT)，和一組串行數據輸入引腳(DIN)組成。DDC114電流積分型AD芯片各路交叉積分與轉換，積分與轉換過程以及數據輸出基本是獨立進行的。DIN只在多個轉換器級聯時使用，否則應該綁定到DGND。當移位寄存器包含有效數據時，DVALID輸出變低。相應的邏輯時序如下：

??DDC114存在連續模式和非連續模式兩種。當積分時間大于數據轉換時間時就切換到了連續模式，當積分時間小于數據轉換時間時就轉換到了非連續模式。有關連續與非連續模式的所需時鐘周期如下：

??為了獲得最好的噪聲抑制特性，一般來說，我們需要將CONV轉換信號與CLK時鐘的上升沿同步。

2、驅動設計與實現

??我們已經了解了DDC114電流輸入型ADC的基本特性，接下來我們就依據這些特性和要求實現DDC114電流輸入型ADC的驅動程序。

2.1、對象定義

??與前面一樣，我們依然是基于對象的思想來實現DDC114電流輸入型ADC的驅動。所以我們首先來考慮DDC114電流輸入型ADC作為對象的基本屬性和操作。

??首先我們來考慮DDC114對象的屬性，我們使用DDC114的目的就是獲取各通道的數據，所以我們將當前時刻的數據作為屬性記錄下來。數據格式雖然是通過硬件管腳來設置的，但在不同的數據格式下解析數據的方式也是不一樣的，所以我們將當前配置的數據格式當作屬性記錄下來。同樣的，不同數據格式下量程和零點的設置也是不一樣的，所以我你們將其作為屬性記錄下來，方便完成數據解析。我們知道DDC114連續工作時需要控制轉換信號CONV，我們需要記錄他每一時刻的狀態，以便控制CONV信號的切換，所以我們將器狀態也定義為對象的屬性。

??而DDC114對象所需要進行的基本操作，主要有控制CONV信號、控制RESET信號、控制TEST信號、獲取DVALID狀態并從SPI獲取，這些操作都依賴于具體的平臺，所以我們將其定義為對象的操作，這樣可以通過函數指針的方式方便操作。還有基于時序控制的需要，我們需要微秒延時函數，而延時函數也依賴于具體的軟硬件平臺，所以我們將其定義為對象的操作。綜上所述，我們可以定義DDC114的對象類型如下：

/*定義DDC114對象類型*/typedef struct Ddc114Object {
    uint32_t dCode[4];
    Ddc114PinSetType convStatus;
    Ddc114FormatType format;  //數據輸出格式
    uint32_t codeRange;     //輸出量程編碼
    uint32_t codeZero;     //輸出零點編碼
    void (*GetDatas)(uint8_t *rData,uint16_t rSize);    uint8_t (*GetValid)(void);    void (*SetConv)(Ddc114PinSetType conv);    void (*SetReset)(Ddc114PinSetType reset);    void (*SetTest)(Ddc114PinSetType test);    void (*Delayus)(volatile uint32_t nTime);       //實現us延時操作}Ddc114ObjectType;

??我們定義了DDC114的對象類型，這樣我們就可以很容易得到我們想要的DDC114對象變量。但是每個對象都是獨一無二的，所以我們需要一個初始化對象變量的過程，所以我們考慮實現一個DDC114對象變量的初始化函數。而需要初始化的就是對象的屬性和操作，據此我們定義DDC114對象變量的初始化函數如下：

/*DDC114對象初始化*/void Ddc114Initialization(Ddc114ObjectType *ddc,    //DDC114對象變量
                     Ddc114FormatType format,  //數據輸出格式
                     DDC114GetDatas getDatas,  //獲取測量數據函數指針
                     DDC114GetValid getValid,  //數據有效性狀態獲取函數指針
                     DDC114SetConv conv,       //轉換設置函數指針
                     DDC114SetReset reset,     //復位操作函數指針
                     DDC114SetTest test,       //測試模式操作函數指針
                     DDC114Delayus delayus     //微秒延時函數指針
                     ){    if((ddc==NULL)||(getDatas==NULL)||(getValid==NULL)||(conv==NULL)||(reset==NULL)||(test==NULL)||(delayus==NULL))
    {        return ;
    }
    ddc->GetDatas=getDatas;
    ddc->GetValid=getValid;
    ddc->SetConv=conv;
    ddc->SetReset=reset;
    ddc->SetTest=test;
    ddc->Delayus=delayus;

    ddc->format=format;    if(format==DDC114_OUT20)
    {
        ddc->codeRange=1048575;
        ddc->codeZero=4096;
    }    else
    {
        ddc->codeRange=65535;
        ddc->codeZero=256;
    }    
    for(int i=0;i<4;i++)
    {
        ddc->dCode[i]=ddc->codeZero;
    }

    ddc->SetTest(DDC114_Pin_Reset);

    ddc->SetReset(DDC114_Pin_Reset);
    ddc->Delayus(100);
    ddc->SetReset(DDC114_Pin_Set);

    ddc->convStatus=DDC114_Pin_Reset;
    ddc->SetConv(ddc->convStatus);
}

2.2、對象操作

??我們對DDC114要進行哪些操作呢？復位、測試、獲取狀態等都是我們可以進行的操作，但最重要的還是從DDC114獲取轉換數據。當DDC114的數據準備好之后，就會將DVALID信號拉低，檢測到DVALID信號就可以通過SPI端口獲取數據。DDC114通過SPI端口一次性傳送4個通道的數據，根據數據格式的不同分別傳送80位或者64位。其操作時序如下圖所示：

??根據上述的描述及時序圖我們可以編寫獲取DDC114轉換數據的函數如下：

/*DDC114獲取各通道的轉換數據*/void Ddc114GetDataCode(Ddc114ObjectType *ddc){    uint8_t rData[10];    uint16_t timeOut=0;    
    if(ddc->convStatus==DDC114_Pin_Reset)
    {
        ddc->convStatus=DDC114_Pin_Set;
    }    else
    {
        ddc->convStatus=DDC114_Pin_Reset;
    }

    ddc->SetConv(ddc->convStatus);    
    while((ddc->GetValid())&&(timeOut<500))
    {
        timeOut++;
    }    
    if(ddc->format == DDC114_OUT20)
    {
        ddc->GetDatas(rData,10);
    }    else
    {
        ddc->GetDatas(rData,8);
    }

    Ddc114ParseDatas(ddc,rData);
}

??我們讀到了DDC114的輸出數據后，是一個80位或者64位的數據流。我們感興趣的是各個通道的轉換數據，所以我們還需要對數據進行解析。而各通道轉換數據的格式如下：

??我們根據設定的數據格式以及讀取的數據位，可以解析得到各個通道的轉換值。

/*解析從DDC114讀取的數據*/static void Ddc114ParseDatas(Ddc114ObjectType *ddc,uint8_t *rData){    uint32_t tCode[10]={0};    
    if(ddc->format==DDC114_OUT20)
    {        for(int i=0;i<10;i++)
        {
            tCode[i]=(uint32_t)(rData[i]);
        }

        ddc->dCode[0]=((tCode[7]&0x0F)<<16)+(tCode[8]<<8)+tCode[9];
        ddc->dCode[1]=(tCode[5]<<12)+(tCode[6]<<4)+((tCode[7]&0xF0)>>4);
        ddc->dCode[2]=((tCode[2]&0x0F)<<16)+(tCode[3]<<8)+tCode[4];
        ddc->dCode[3]=(tCode[0]<<12)+(tCode[1]<<4)+((tCode[2]&0xF0)>>4);
    }    else
    {        for(int i=0;i<8;i++)
        {
            tCode[i]=(uint32_t)rData[i];
        }

        ddc->dCode[0]=(tCode[6]<<8)+tCode[7];
        ddc->dCode[1]=(tCode[4]<<8)+tCode[5];
        ddc->dCode[2]=(tCode[2]<<8)+tCode[3];
        ddc->dCode[3]=(tCode[0]<<8)+tCode[1];
    }
}

3、驅動的使用

??我們已經設計并實現了DDC114電流輸入型ADC的驅動程序。接下來我們將簡單的說明如何使用這一驅動，并設計一個簡單的示例驗證這一驅動程序的正確性。

3.1、聲明并初始化對象

??我們是基于對象設計的DDC114電流輸入型ADC的驅動程序，所以在使用驅動時，我們需要先聲明一個對象變量，然后基于該對象變量來實現具體的對象操作。我們先聲明對象如下：

Ddc114ObjectType ddc;

??聲明了這個對象變量之后，我們還需要使用初始化函數對其進行初始化方可使用。這一初始化函數擁有8個參數：

Ddc114ObjectType *ddc,    //DDC114對象變量Ddc114FormatType format,  //數據輸出格式DDC114GetDatas getDatas,  //獲取測量數據函數指針DDC114GetValid getValid,  //數據有效性狀態獲取函數指針DDC114SetConv conv,       //轉換設置函數指針DDC114SetReset reset,     //復位操作函數指針DDC114SetTest test,       //測試模式操作函數指針DDC114Delayus delayus     //微秒延時函數指針

??第一個參數為所要初始化的對象變量。第二個參數是數據格式，根據具體的應用設置，我們這里是將它設置為20數據的格式。主要的實現的是后面6個函數指針，它們都是用于實現DDC114在具體的應用平臺的操作函數。原型定義如下：

typedef void (*DDC114GetDatas)(uint8_t *rData,uint16_t rSize);typedef uint8_t (*DDC114GetValid)(void);typedef void (*DDC114SetConv)(Ddc114PinSetType conv);typedef void (*DDC114SetReset)(Ddc114PinSetType reset);typedef void (*DDC114SetTest)(Ddc114PinSetType test);typedef void (*DDC114Delayus)(volatile uint32_t nTime);       //實現us延時操作

??在使用前我們先來實現這6個面向平臺的操作接口函數，具體實現如下：

/* 讀取數據 */static void GetDatasFromDDC(uint8_t *rData,uint16_t rSize){
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, rData, rSize, 1);
}/*讀取有效引腳*/static uint8_t ReadValidPin(void){    return HAL_GPIO_ReadPin(DDC_DVALID_GPIO_Port,DDC_DVALID_Pin);
}/*設置轉換引腳*/static void SetConvPin(Ddc114PinSetType conv){    if(conv==DDC114_Pin_Reset)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(DDC_CONV_CTL_GPIO_Port, DDC_CONV_CTL_Pin, GPIO_PIN_RESET);        return;
    }

    HAL_GPIO_WritePin(DDC_CONV_CTL_GPIO_Port, DDC_CONV_CTL_Pin, GPIO_PIN_SET);    return;
}/*設置復位引腳*/static void SetResetPin(Ddc114PinSetType reset){    if(reset==DDC114_Pin_Reset)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(DDC_RESET_GPIO_Port, DDC_RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET);        return;
    }

    HAL_GPIO_WritePin(DDC_RESET_GPIO_Port, DDC_RESET_Pin, GPIO_PIN_SET);    return;
}/*設置測試引腳*/static void SetTestPin(Ddc114PinSetType test){    if(test==DDC114_Pin_Reset)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(DDC_TEST_GPIO_Port, DDC_TEST_Pin, GPIO_PIN_RESET);        return;
    }

    HAL_GPIO_WritePin(DDC_TEST_GPIO_Port, DDC_TEST_Pin, GPIO_PIN_SET);    return;
}

??而延時函數，則用我們在STM32平臺統一使用的微秒延時函數。定義了這些函數后，我們就可以初始化對象變量如下：

/*DDC114對象初始化*/
    Ddc114Initialization(&ddc,              //DDC114對象變量
                      DDC114_OUT20,      //數據輸出格式
                      GetDatasFromDDC,   //獲取測量數據函數指針
                      ReadValidPin,      //數據有效性狀態獲取函數指針
                      SetConvPin,        //轉換設置函數指針
                      SetResetPin,       //復位操作函數指針
                      SetTestPin,        //測試模式操作函數指針
                      Delayus            //微秒延時函數指針
                      );

3.2、基于對象進行操作

??完成了對象的初始化后，我們就可以基于對象來實現相應的操作了。在我們這個應用實例中，我們使用它來采集光度數據值。

/*光度檢測處理*/void DePhotometricMeasurement(void){    if(aPara.phyPara.waveband>9)
    {
        luxCode[0].dCode=0;
        luxCode[1].dCode=0;
        luxCode[2].dCode=0;
        luxCode[3].dCode=0;
        ddcPeriod=0;
    }    else
    {
        ddcPeriod++;        
        if(ddcPeriod==1)
        {            /*DDC114獲取各通道的轉換數據*/
            Ddc114GetDataCode(&ddc);            
            if(dataOrder[aPara.phyPara.waveband]>15)
            {
                dataOrder[aPara.phyPara.waveband]=0;
            }            
            for(int i=0;i<4;i++)
            {
                luxCode[i].fData.waveBand=aPara.phyPara.waveband+1;
                luxCode[i].fData.serialnumber=dataOrder[aPara.phyPara.waveband];
                luxCode[i].fData.dataCode=ddc.dCode[i]&0xFFFFF;
            }

            dataOrder[aPara.phyPara.waveband]++;
            ddcPeriod=0;
        }
    }

    aPara.phyPara.dataCode1=luxCode[0].dCode;
    aPara.phyPara.dataCode2=luxCode[1].dCode;
    aPara.phyPara.dataCode3=luxCode[2].dCode;
    aPara.phyPara.dataCode4=luxCode[3].dCode;
}

4、應用總結

??我們設計并實現了DDC114電流輸入型ADC的驅動程序。在我們的一個應用實例中，我們使用這一驅動程序采集了光度數據。測試結果如下圖：

??其中的紅色數據就是我們通過調試工具查看到的DDC114的數據，對應4個通道。上面的為原始數據，通過上位軟件查看的結果如下：

??經過上述測試，說明我們設計的DDC114的驅動程序是正確的。在使用時需要注意幾點，一是，最好將MCU的SPI接口配置為主機模式而不僅僅是只讀模式；二是，SPI的速度最好不要太快，雖然DDC114可以達到10M的頻率，但高速時波形會變差；三是，積分時間一定要規劃好，否則很容易出現超量程的現象。