Linux驱动开发-编写PCF8591(ADC)芯片驱动

Posted 2022-04-14 DS小龙哥

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 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 PCF8951
2 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");

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");

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;