在产品设计过程中，很多时候都会用到ADC器件，而在一些特殊场合还需要一些特别的ADC器件。我们在这篇中将讨论常用于医疗器件方面的，DDC114这款电流输入ADC，并为其设计一个驱动程序。

1、功能概述

模数转换器DDC114是一款电流输入型ADC，通过对微小电流信号采用电荷积分的方式进行模数转换。包括4路输入，每路输入有2路积分电容；有2路AD转换器，每2路输入共用1个AD转换器。其内部结构框图如下：

DDC114采用48脚QFN封装，其量程范围、数据格式、转换周期、操作模式等都是通过配置硬件引脚来实现配置的。其封装样式及引脚定义如下：

DDC114通过SPI接口输出数字化的结果，该SPI接口由一组数据时钟(DCLK)，一个有效数据引脚(DVALID)，一组串行数据输出引脚(DOUT)，和一组串行数据输入引脚(DIN)组成。DDC114电流积分型AD芯片各路交叉积分与转换，积分与转换过程以及数据输出基本是独立进行的。DIN只在多个转换器级联时使用，否则应该绑定到DGND。当移位寄存器包含有效数据时，DVALID输出变低。相应的逻辑时序如下：

DDC114存在连续模式和非连续模式两种。当积分时间大于数据转换时间时就切换到了连续模式，当积分时间小于数据转换时间时就转换到了非连续模式。有关连续与非连续模式的所需时钟周期如下：

为了获得最好的噪声抑制特性，一般来说，我们需要将CONV转换信号与CLK时钟的上升沿同步。

2、驱动设计与实现

我们已经了解了DDC114电流输入型ADC的基本特性，接下来我们就依据这些特性和要求实现DDC114电流输入型ADC的驱动程序。

2.1、对象定义

与前面一样，我们依然是基于对象的思想来实现DDC114电流输入型ADC的驱动。所以我们首先来考虑DDC114电流输入型ADC作为对象的基本属性和操作。
首先我们来考虑DDC114对象的属性，我们使用DDC114的目的就是获取各通道的数据，所以我们将当前时刻的数据作为属性记录下来。数据格式虽然是通过硬件管脚来设置的，但在不同的数据格式下解析数据的方式也是不一样的，所以我们将当前配置的数据格式当作属性记录下来。同样的，不同数据格式下量程和零点的设置也是不一样的，所以我你们将其作为属性记录下来，方便完成数据解析。我们知道DDC114连续工作时需要控制转换信号CONV，我们需要记录他每一时刻的状态，以便控制CONV信号的切换，所以我们将器状态也定义为对象的属性。
而DDC114对象所需要进行的基本操作，主要有控制CONV信号、控制RESET信号、控制TEST信号、获取DVALID状态并从SPI获取，这些操作都依赖于具体的平台，所以我们将其定义为对象的操作，这样可以通过函数指针的方式方便操作。还有基于时序控制的需要，我们需要微秒延时函数，而延时函数也依赖于具体的软硬件平台，所以我们将其定义为对象的操作。综上所述，我们可以定义DDC114的对象类型如下：

/*定义DDC114对象类型*/
typedef struct Ddc114Object {uint32_t dCode[4];Ddc114PinSetType convStatus;Ddc114FormatType format;  //数据输出格式uint32_t codeRange;     //输出量程编码uint32_t codeZero;     //输出零点编码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);       //实现us延时操作
}Ddc114ObjectType;

我们定义了DDC114的对象类型，这样我们就可以很容易得到我们想要的DDC114对象变量。但是每个对象都是独一无二的，所以我们需要一个初始化对象变量的过程，所以我们考虑实现一个DDC114对象变量的初始化函数。而需要初始化的就是对象的属性和操作，据此我们定义DDC114对象变量的初始化函数如下：

/*DDC114对象初始化*/
void Ddc114Initialization(Ddc114ObjectType *ddc,    //DDC114对象变量Ddc114FormatType format,  //数据输出格式DDC114GetDatas getDatas,  //获取测量数据函数指针DDC114GetValid getValid,  //数据有效性状态获取函数指针DDC114SetConv conv,       //转换设置函数指针DDC114SetReset reset,     //复位操作函数指针DDC114SetTest test,       //测试模式操作函数指针DDC114Delayus delayus     //微秒延时函数指针)
{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、对象操作

我们对DDC114要进行哪些操作呢？复位、测试、获取状态等都是我们可以进行的操作，但最重要的还是从DDC114获取转换数据。当DDC114的数据准备好之后，就会将DVALID信号拉低，检测到DVALID信号就可以通过SPI端口获取数据。DDC114通过SPI端口一次性传送4个通道的数据，根据数据格式的不同分别传送80位或者64位。其操作时序如下图所示：

根据上述的描述及时序图我们可以编写获取DDC114转换数据的函数如下：

/*DDC114获取各通道的转换数据*/
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);
}

我们读到了DDC114的输出数据后，是一个80位或者64位的数据流。我们感兴趣的是各个通道的转换数据，所以我们还需要对数据进行解析。而各通道转换数据的格式如下：

我们根据设定的数据格式以及读取的数据位，可以解析得到各个通道的转换值。

/*解析从DDC114读取的数据*/
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、驱动的使用

我们已经设计并实现了DDC114电流输入型ADC的驱动程序。接下来我们将简单的说明如何使用这一驱动，并设计一个简单的示例验证这一驱动程序的正确性。

3.1、声明并初始化对象

我们是基于对象设计的DDC114电流输入型ADC的驱动程序，所以在使用驱动时，我们需要先声明一个对象变量，然后基于该对象变量来实现具体的对象操作。我们先声明对象如下：

Ddc114ObjectType ddc;

声明了这个对象变量之后，我们还需要使用初始化函数对其进行初始化方可使用。这一初始化函数拥有8个参数：

Ddc114ObjectType *ddc,    //DDC114对象变量
Ddc114FormatType format,  //数据输出格式
DDC114GetDatas getDatas,  //获取测量数据函数指针
DDC114GetValid getValid,  //数据有效性状态获取函数指针
DDC114SetConv conv,       //转换设置函数指针
DDC114SetReset reset,     //复位操作函数指针
DDC114SetTest test,       //测试模式操作函数指针
DDC114Delayus delayus     //微秒延时函数指针

第一个参数为所要初始化的对象变量。第二个参数是数据格式，根据具体的应用设置，我们这里是将它设置为20数据的格式。主要的实现的是后面6个函数指针，它们都是用于实现DDC114在具体的应用平台的操作函数。原型定义如下：

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);       //实现us延时操作

在使用前我们先来实现这6个面向平台的操作接口函数，具体实现如下：

/* 读取数据 */
static void GetDatasFromDDC(uint8_t *rData,uint16_t rSize)
{HAL_SPI_Receive(&hspi1, rData, rSize, 1);
}/*读取有效引脚*/
static uint8_t ReadValidPin(void)
{return HAL_GPIO_ReadPin(DDC_DVALID_GPIO_Port,DDC_DVALID_Pin);
}/*设置转换引脚*/
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;
}/*设置复位引脚*/
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;
}/*设置测试引脚*/
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;
}

而延时函数，则用我们在STM32平台统一使用的微秒延时函数。定义了这些函数后，我们就可以初始化对象变量如下：

/*DDC114对象初始化*/Ddc114Initialization(&ddc,              //DDC114对象变量DDC114_OUT20,      //数据输出格式GetDatasFromDDC,   //获取测量数据函数指针ReadValidPin,      //数据有效性状态获取函数指针SetConvPin,        //转换设置函数指针SetResetPin,       //复位操作函数指针SetTestPin,        //测试模式操作函数指针Delayus            //微秒延时函数指针);

3.2、基于对象进行操作

完成了对象的初始化后，我们就可以基于对象来实现相应的操作了。在我们这个应用实例中，我们使用它来采集光度数据值。

/*光度检测处理*/
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获取各通道的转换数据*/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;
}