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Linux 驱动开发 - 编写 PCF8591(ADC) 芯片驱动

作者:DS小龙哥
  • 2022 年 4 月 11 日
  • 本文字数:3699 字

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1. PCF8591 介绍

PCF8591 是一个 IIC 总线接口的 ADC/DAC 转换芯片,功能比较强大,这篇文章就介绍在 Linux 系统里如何编写一个 PCF8591 的驱动,完成 ADC 数据采集,DAC 数据输出。


下面是 PCF8591 的介绍:


PCF8591 是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS 数据获取器件。

PCF8591 具有 4 个模拟输入、1 个模拟输出和 1 个串行 I2C 总线接口。PCF8591 的 3 个地址引脚 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址编程,允许在同个 I2C 总线上接入 8 个 PCF8591 器件,而无需额外的硬件。在 PCF8591 器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向 I2C 总线以串行的方式进行传输。


PCF8591 主要性能指标:★单电源供电★PCF8591 的操作电压范围 2.5V-6V★低待机电流★通过 I2C 总线串行输入/输出★PCF8591 通过 3 个硬件地址引脚寻址★PCF8591 的采样率由 I2C 总线速率决定★4 个模拟输入可编程为单端型或差分输入★自动增量频道选择★PCF8591 的模拟电压范围从 VSS 到 VDD★PCF8591 内置跟踪保持电路★8-bit 逐次逼近 A/D 转换器★通过 1 路模拟输出实现 DAC 增益


模块功能描述:1 模块芯片采用 PCF89512 模块支持外部 4 路电压输入采集(电压输入范围 0-5v)3 模块集成光敏电阻,可以通过 AD 采集环境光强精确数值 4 模块集成热敏电阻,可以通过 AD 采集环境温度精确数值 5 模块集成 1 路 0-5V 电压输入采集(通过蓝色电位器调节输入电压)6 模块带电源指示灯(对模块供电后指示灯会亮)7 模块带 DA 输出指示灯, 当模块 DA 输出接口电压达到一定值,会点亮板上 DA 输出指示灯,电压越大,指示灯亮度越明显;

2. 硬件环境介绍

当前的开发板采用友善之臂 Tiny4412 开发板,采用三星的 exynos-4412 芯片,下面是开发板与 PCF8591 的硬件连线图:



模块接口说明当前项目采用的模块左边和右边分别外扩 2 路排针接口,分别说明如下:(1)AOUT 是芯片的 DAC 输出接口(2)AINO 是芯片模拟输入接口 0(3)AIN1 是芯片模拟输入接口 1(4)AIN2 是芯片模拟输入接口 2(5)AIN3 是芯片模拟输入接口 3


(6)SCL 是 IIC 时钟接口接 MCU 的 IO 口(7)SDA 是 IIC 数据接口 接 MCU 的 IO 口(8)GND 是模块的地,外接 MCU 的 GND(9)VCC 是电源接口,外接 3.3v-5v



下面是 PCF8591 的原理图,介绍了每个引脚详细功能:



3. 驱动案例代码

下面是 PCF8591 的驱动代码,采用 IIC 子系统框架编程,驱动代码分为设备端、驱动端两部分。


驱动框架采用杂项字符设备完成注册,给应用层提供访问的设备节点,详细的说明在代码路写了完整的注释。

3.1 驱动端代码

#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/platform_device.h>#include <linux/i2c.h>#include <linux/interrupt.h>  /*注册中断相关*/#include <linux/irq.h>       /*中断边沿类型定义*/#include <linux/gpio.h>     /*中断IO口定义*/#include <linux/workqueue.h>  /*工作队列相关*/#include <linux/mutex.h>      /*互斥信号量头文件*/#include <linux/delay.h>#include <linux/miscdevice.h> /*杂项设备相关结构体*/#include <linux/fs.h>         /*文件操作集合头文件*/#include <linux/uaccess.h>    /*使用copy_to_user和copy_from_user*/
#define AIN0 0x40#define AIN1 0x41#define AIN2 0x42#define AIN3 0x43
static struct i2c_client *PCF8591_client; /*IIC设备总线*/
/*读取PCF8591 ADC数据*/unsigned char PCF8591_ReadADC(unsigned char ch){ return i2c_smbus_read_byte_data(PCF8591_client,ch); }

static int PCF8591_open(struct inode *my_inode, struct file *my_file){ return 0;}
static ssize_t PCF8591_read(struct file *my_file, char __user *buf, size_t my_len, loff_t * my_loff){ unsigned char data=PCF8591_ReadADC(AIN0); copy_to_user(buf,&data,1); data=PCF8591_ReadADC(AIN1); printk("1:%d\r\n",data); data=PCF8591_ReadADC(AIN2); printk("2:%d\r\n",data); data=PCF8591_ReadADC(AIN3); printk("3:%d\r\n",data); return 0;}

static ssize_t PCF8591_write(struct file *my_file, const char __user *buf, size_t my_len, loff_t *my_loff){ //DAC输出 i2c_smbus_write_byte_data(PCF8591_client,0x40,100); return 0;}

static int PCF8591_release(struct inode *my_inode, struct file *my_file){ return 0;}

/*定义一个文件操作集合结构体*/static struct file_operations ops_PCF8591={ .owner = THIS_MODULE, .read=PCF8591_read, /*读函数-被应用层read函数调用*/ .write=PCF8591_write, /*写函数-被应用层write函数调用*/ .open=PCF8591_open, /*打开函数-被应用层open函数调用*/ .release=PCF8591_release, /*释放函数*/};
/*定义一个杂项设备结构体*/static struct miscdevice misce_PCF8591={ .minor =MISC_DYNAMIC_MINOR, /*自动分配次设备号*/ .name = "Tiny4412_PCF8591", /*名称 在dev/目录下边可以找到*/ .fops = &ops_PCF8591, /*文件操作集合*/};
static int i2c_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *device_id)//匹配成功时调用{ PCF8591_client=client; printk("<1>""驱动端IIC匹配的地址=0x%x\n",client->addr); /* 检测适配器是否支持smbus字节读写函数 */ if(i2c_check_functionality(client->adapter, I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA)) { printk("适配器支持smbus字节读写函数\n"); } /*注册*/ misc_register(&misce_PCF8591); return 0;}

static int i2c_remove(struct i2c_client *client){ misc_deregister(&misce_PCF8591);/*注销*/ printk("i2c_驱动端卸载成功!!!\n"); return 0;}
/*IIC驱动端*/static const struct i2c_device_id i2c_id[] ={ {"Tiny4412_PCF8591",0},//设备端的名字为"my_PCF8591",后面的表示需要私有数据 {}};
struct i2c_driver i2c_drv ={ .driver= { .name = "PCF8591", .owner = THIS_MODULE, }, .probe = i2c_probe, .remove = i2c_remove, .id_table = i2c_id,};

static int __init i2c_drv_init(void){ i2c_add_driver(&i2c_drv);//向iic总线注册一个驱动 return 0;}
static void __exit i2c_drv_exit(void)//平台设备端的出口函数{ i2c_del_driver(&i2c_drv);}
module_init(i2c_drv_init);module_exit(i2c_drv_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
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3.2 设备端代码

#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/platform_device.h>#include <linux/i2c.h>
/*获取总线*/struct i2c_adapter *i2c_adap; //获取到的总线存放在这个结构体static struct i2c_client *i2cClient = NULL;
//PCF8591固定地址 b1001//PCF8591硬件地址 b000//组合:b1001000 = 0x48//注意:IIC标准地址是7位static unsigned short const i2c_addr_list[] = { 0x48, I2C_CLIENT_END};//地址队列

static int __init i2c_dev_init(void){ struct i2c_board_info i2c_info;//设备描述结构体,里面存放着欲设备的名字还有地址 i2c_adap = i2c_get_adapter(0); //获取0号总线 if(i2c_adap==NULL) { printk("PCF8591--II总线0 获取失败!!\n"); } memset(&i2c_info,0,sizeof(struct i2c_board_info));//把设备描述结构体清空结构体清空 strlcpy(i2c_info.type,"Tiny4412_PCF8591",I2C_NAME_SIZE);//把设备的名字赋值给i2c_info i2cClient = i2c_new_probed_device(i2c_adap,&i2c_info,i2c_addr_list,NULL); if(i2cClient==NULL) { printk("PCF8591 0x%x:地址不可用!!\n",i2c_addr_list[0]); } i2c_put_adapter(i2c_adap); printk("PCF8591_dev_init初始化成功!!\n"); return 0;}

static void __exit i2c_dev_exit(void)//平台设备端的出口函数{ /*注销设备*/ i2c_unregister_device(i2cClient); i2c_release_client(i2cClient); printk("PCF8591_dev_exit ok!!\n");}
module_init(i2c_dev_init);module_exit(i2c_dev_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
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3.3 应用层代码

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>

/*PCF8591 应用层测试代码*/int main(int argc,char **argv){ unsigned char data=0; int fp; float tmp; // tmp=5.34v 0.34 int a; int b; fp=open("/dev/Tiny4412_PCF8591",O_RDWR); if(fp<0) /*判断文件是否打开成功*/ { printf("PCF8591 driver open error!\n"); return -1; } while(1) { read(fp,&data,1); write(fp,&data,1); printf("ADC1=%d\n",data); tmp=(float)data*(5.0/255); //电压= 采集的数字量*(参考电压/分辨率); a=tmp; //a=5 tmp=5.3 b=(int)((tmp-a)*1000); //b=0.34 printf("ADC1=%d.%dV\r\n",(int)a,(int)b); sleep(1); } close(fp); return 0;}
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之所以觉得累,是因为说的比做的多。 2022.01.06 加入

熟悉C/C++、51单片机、STM32、Linux应用开发、Linux驱动开发、音视频开发、QT开发. 目前已经完成的项目涉及音视频、物联网、智能家居、工业控制领域

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