MCP3421与STM32电压采集实现

MCP3421是一款18位高精度Σ-Δ模数转换器（ADC），它通过I2C接口与微控制器通信，能够实现高精度的电压测量。基于STM32和MCP3421的电压采集代码，包含初始化和读取数据的步骤，代码基于STM32的HAL库进行开发。

MCP3421与STM32电压采集实现

MCP3421是一款高精度、低噪声的模数转换器，通过I2C接口与微控制器通信。

硬件连接

MCP3421引脚	STM32引脚	说明
VDD	3.3V	电源
VSS	GND	地
SDA	I2C_SDA	I2C数据线
SCL	I2C_SCL	I2C时钟线
Vin+	模拟输入正极	待测电压正极
Vin-	模拟输入负极	待测电压负极

软件实现

1. 宏定义和变量声明

#include "main.h"
#include "i2c.h"

#define MCP3421_ADDRESS 0xD0 // MCP3421的I2C地址（8位格式），具体地址取决于芯片的地址引脚配置
#define MCP3421_READ_BIT 0x01
#define MCP3421_WRITE_BIT 0x00

// MCP3421配置字节
#define MCP3421_START_CONV 0x80 // 开始转换位
#define MCP3421_CHANNEL_0 0x00   // 通道选择位
#define MCP3421_CHANNEL_1 0x20
#define MCP3421_12_BIT 0x00     // 分辨率选择位
#define MCP3421_14_BIT 0x04
#define MCP3421_16_BIT 0x08
#define MCP3421_18_BIT 0x0C
#define MCP3421_GAIN_1 0x00     // 增益选择位
#define MCP3421_GAIN_2 0x01
#define MCP3421_GAIN_4 0x02
#define MCP3421_GAIN_8 0x03

uint8_t configReg = 0; // 全局变量存储配置字节

2. MCP3421初始化函数

void MCP3421_Init(void) {
    // 配置MCP3421为18位分辨率、增益为1、连续转换模式
    configReg = MCP3421_START_CONV | MCP3421_CHANNEL_0 | MCP3421_18_BIT | MCP3421_GAIN_1;
    
    uint8_t configData[2] = {0};
    configData[0] = configReg;
    
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, MCP3421_ADDRESS, configData, 1, HAL_MAX_DELAY);
}

3. 读取ADC值函数

int32_t MCP3421_ReadADC(void) {
    uint8_t adcData[4] = {0};
    int32_t result = 0;
    
    // 读取4字节数据（18位数据 + 配置字节）
    HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, MCP3421_ADDRESS | MCP3421_READ_BIT, adcData, 4, HAL_MAX_DELAY);
    
    // 检查转换是否完成（最高位为0表示转换完成）
    while (adcData[3] & 0x80) {
        HAL_Delay(1); // 等待转换完成
        HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, MCP3421_ADDRESS | MCP3421_READ_BIT, adcData, 4, HAL_MAX_DELAY);
    }
    
    // 处理18位有符号数据
    // 数据格式：第1字节高8位，第2字节低8位，第3字节的低2位为最低有效位
    result = (adcData[0] << 10) | (adcData[1] << 2) | (adcData[2] >> 6);
    
    // 处理符号位（18位有符号数）
    if (result & 0x00020000) {
        // 如果是负数，进行符号扩展
        result |= 0xFFFC0000;
    }
    
    return result;
}

4. 将ADC值转换为电压值

float MCP3421_ConvertToVoltage(int32_t adcValue) {
    // MCP3421在18位模式下的LSB值（增益=1时）
    // 参考电压默认2.048V，LSB = 2.048V / 2^17 = 15.625μV
    const float LSB = 15.625e-6; // 单位：伏特
    
    return adcValue * LSB;
}

5. 主循环中的使用示例

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_I2C1_Init();
    
    MCP3421_Init();
    
    while (1) {
        int32_t adcValue = MCP3421_ReadADC();
        float voltage = MCP3421_ConvertToVoltage(adcValue);
        
        printf("ADC值: %ld, 电压: %.6f V\n", adcValue, voltage);
        
        HAL_Delay(1000); // 每秒读取一次
    }
}

参考代码 mcp34211 stm32 实现电压采集 源代码 www.youwenfan.com/contentcnl/56212.html

关键配置说明

1. I2C地址：MCP3421的I2C地址通常为0xD0（8位格式），具体取决于地址引脚的配置。
2. 分辨率选择：代码中配置为18位模式（MCP3421_18_BIT），可根据需要选择12、14或16位模式。
3. 增益设置：增益设置为1（MCP3421_GAIN_1），可根据输入信号幅度调整为2、4或8倍增益。
4. 数据读取：MCP3421在18位模式下输出24位数据（3字节），我们需要将其转换为18位有符号整数。
5. 电压转换：根据数据手册，18位模式下的LSB值为15.625μV（增益=1，参考电压=2.048V）。

调试建议

1. 使用逻辑分析仪或示波器检查I2C信号，确保通信正常。
2. 注意MCP3421的转换时间，在18位模式下最高精度转换需要约66.67ms。
3. 确保电源稳定，噪声会影响高精度ADC的性能。

这个代码提供了MCP3421与STM32通信的基本框架