【蓝桥杯】【嵌入式组别】第九节：MCP4017编程设计

数字电位器MCP4017电路原理

他本质是一个IC器件，也就是本质是一个芯片。
芯片内部是一些电阻网络，是通过很多模拟开关来切换不同的阻值的。
那么如何控制芯片内部的不同开关从而实现不同的阻值呢？在本竞赛开发板上是通过IIC总线实现CPU向本芯片发送数据的，告诉芯片要打开多少开关，打开哪几个开关，从而变成多少的阻值这样一个目的。

可以从上图看到，3，4管脚是IIC的通讯线，1,2管脚是芯片的电源线。那么5，6管脚是做什么的？

5脚是可变电阻的一端，6脚相当于是可变电阻的划片，A这端是悬空的，所以5，6端得到的信息是：

• 当划片W移到最左端，有：$R_{WB}=R_{AB}$
• 当划片W移到中间，有：$R_{WB}=1/2R_{AB}$
• 当划片W移到最右端，有：$R_{WB}约等于0$

又由于本芯片组织范围是104E,也就是$10\ast 10^4=100K\Omega$的范围。

然后我们再观察电路图，是一个典型的分压结构：

所以PB14处的电压就是：
$$V=3.3\ast \frac{R_{WB}}{R_{WB}+10}$$
PB14可以作为一个ADC引脚将这个分压量读入然后转化成数字量。

然后在开始变成之前我们还需要知道这个IIC器件的地址：


由上面厂家给的信息可知：
如果是STM32读该芯片的信息，则地址是0x5f
如果是STM32向该芯片写信息，则地址是0x5e

上图所示是MCP4017芯片的电阻网络，其实它内部改变电阻的方法十分简单，就是通过闭合不同的开关来实现的。比如，闭合开关00h，那么就相当于没有接任何电阻，阻值为0。如果闭合开关01h，就接入了1个$R_S$进去。后面再改变不同的开关，就是接入的$R_S$个数不同罢了。通过这种方式改变了芯片内部的阻值。

程序设计

1. 复制【资源数据包】 里的i2c-hal.c和h文件到【编程工程】
2. 在main.c调用的12C部分IO初始化代码(PB6，PB7);
3. 在i2c.c文件里编程: 读写MCP4017函数;
4. 在main.c调用MCP4017_WriteMCP4017_Read函数，完成数字电位器读写程序。

关于这个芯片是如何应用IIC协议来指定读写命令的，这一点也可以通过芯片手册查到：

根据上图可以得知往芯片里面写命令的代码应该是：

由于芯片只能接收7bit的数据，所以最高位不论发什么都会丢弃，所以上图就同一个X号来代替了

void MCP4017_Write(u8 val)
{
    
    
	I2CStart();
	I2CSendByte(0x5e);
	I2CWaitAck();
	I2CSendByte(val);
	I2CWaitAck();
	I2CStop();
}

根据上图可以写出读的代码：

u8 MCP4017_Read(void)
{
    
    
	u8 val;
	I2CStart();
	I2CSendByte(0x5f);
	I2CWaitAck();
	val=I2CReceiveByte();
	I2CSendNotAck();
	I2CStop();
	return val;
}

把上面两段代码复制到i2c.c文件中即可，并记得在i2c.h文件中声明。
然后就可以在主函数中调用了。

特别声明一点就是MCP4017两次写入过程中间不需要加延时函数，不像EEPROM那样。

如何利用ADC管脚采集该芯片的电压

步骤：

1. 【模板】作为STM32CUBEMX生成代码的工程;
2. 设置ADC相关的GPI0为【ADC输入】模式，并设置成【单端模式】: (PB15，PB12，PB14)
3. 设置ADC1的转换的通道数(Number 0f Conversion) 为2; (设置ADC1_IN5和ADC1_IN11的Rank、采集速度)
4. 添加ADC相关的HAL库驱动文件 (stm32g4xx hal adc.c和stm32g4xx hal adc_exc);
5. 在main.c 添加adc,h，并添加ADC初始化代码;[注] 外设时钟一定要初始化!
6. 测试HAL ADC Start的ADC启动函数和HAL ADC GetValue的ADC读取函数;

根据上面的电路图我们得知该芯片连接有一个ADC采样管脚PB14，所以我们打开模板工程配置该引脚的相关参数：
将PB14勾选为ADC模式，然后选择对应通道为单端模式。

此处需要注意的一个点是：
由于目前有两个ADC1的管脚（对应不同的通道），所以要把ADC1下面的“Number Of Conversion”改为2，意思就是该ADC对应的要用两个通道。
并且我们可以看到当我们把这个数字改为2时，上面的“Scan Conersion Mode”会自动开启。意思是他会对该ADC内的这两个通道进行循环扫描，以确保get到每个通道的值。至于是先扫描哪一个通道，这个也是可以进行设置的：

配置这个Rank等级即可实现。我们这里设置通道11为告级别，通道5为低级别，这样他就会先采样通道1，然后采样通道5.
另外，后面的“Sampling Time”这里建议在多通道的时候把它调的慢一点。这里我们调到最慢，就是经过640.5个时钟周期才采样一次。

而ADC2只有一个管脚，一个通道被使用，所以不需要进行这些配置。
之后生成代码，然后进行移植即可。
补充写两行采样mcp的代码即可：

u16 adc1_val,adc2_val;
float volt_r37,volt_r38,volt_mcp;
void ADC_Process(void)
{
    
    
	HAL_ADC_Start(&hadc1);
	volt_mcp=HAL_ADC_GetValue(&hadc1)/4096.0f*3.3f;
	
	HAL_ADC_Start(&hadc1);
	adc1_val=HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
	volt_r38=adc1_val/4096.0f*3.3f;
	HAL_ADC_Start(&hadc2);
	adc2_val=HAL_ADC_GetValue(&hadc2);
	volt_r37=adc1_val/4096.0f*3.3f;
}