INA219電量監(jiān)測(cè)芯片的使用經(jīng)驗(yàn)和資料及使用步驟詳細(xì)說(shuō)明

手冊(cè)如下，INA219 是TI推出的具有I2C 接口的零漂移雙向電流/功率監(jiān)測(cè)計(jì)，

INA219內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如上，芯片同是支持差分分壓電流檢測(cè)跟總線電壓檢測(cè)，

芯片外部引腳A0、A1引腳，支持支持16路地址設(shè)置，同時(shí)可掛載16路設(shè)備，

INA219操作其實(shí)很簡(jiǎn)單，內(nèi)部共有六個(gè)寄存器，其中需要用戶(hù)設(shè)置的只有兩個(gè)

Configuration Register 配置寄存器（地址= 00h）［reset = 399Fh

Shunt Voltage Register 分流電壓寄存器（地址= 01h）

Bus Voltage Register 總線電壓寄存器（地址= 02h）

Power Register 功率寄存器（地址= 03h）［reset = 00h］

Current Register 當(dāng)前寄存器（地址= 04h）［reset = 00h］

Calibration Register 校準(zhǔn)寄存器（地址= 05h）［reset = 00h］

8.6.2.1 Configuration Register，配置寄存器（地址= 00h）［reset = 399Fh］

RST：重置位，將此位設(shè)置為“1”會(huì)產(chǎn)生與上電復(fù)位相同的系統(tǒng)復(fù)位。將所有寄存器重置為默認(rèn)值; 這一點(diǎn)自我清除。

BRNG：總線電壓范圍，0 = 16V FSR，1 = 32V FSR（默認(rèn)值）

PG：PGA（僅限分流電壓），設(shè)置PGA增益和范圍。請(qǐng)注意，PGA默認(rèn)為÷8（320mV范圍）。表4顯示了各種產(chǎn)品增益設(shè)置的增益和范圍。

BADC：BADC總線ADC分辨率/平均，這些位調(diào)整總線ADC分辨率（9位，10位，11位或12位）或設(shè)置總線電壓寄存器的平均結(jié)果時(shí)使用的采樣數(shù)（02H）。

SADC：SADC分流ADC分辨率/平均，這些位調(diào)整分流ADC分辨率（9位，10位，11位或12位）或設(shè)置分流電壓寄存器的平均結(jié)果時(shí)使用的采樣數(shù)（01H）。

BADC（總線）和SADC（分流）ADC分辨率/平均和轉(zhuǎn)換時(shí)間設(shè)置如表5所示。

MODE：操作模式，選擇連續(xù)，觸發(fā)或斷電操作模式。這些位默認(rèn)為連續(xù)分流和總線

8.6.3.1 Shunt Voltage Register，分流電壓寄存器（地址= 01h）

分流電壓寄存器存儲(chǔ)當(dāng)前的分流電壓讀數(shù)VSHUNT。分流電壓寄存器位根據(jù)配置寄存器（00h）中選擇的PGA設(shè)置進(jìn)行移位。當(dāng)存在多個(gè)符號(hào)位時(shí)，它們將是相同的值。

負(fù)數(shù)以2的補(bǔ)碼格式表示，通過(guò)補(bǔ)充絕對(duì)值二進(jìn)制數(shù)并加1來(lái)得到負(fù)數(shù)的2的補(bǔ)碼。

通過(guò)設(shè)置MSB = 1來(lái)擴(kuò)展符號(hào)，表示負(fù)數(shù)。將符號(hào)擴(kuò)展到任何其他符號(hào)位以形成16位字。

示例：對(duì)于值VSHUNT = -320 mV：

1.取絕對(duì)值（包括精度到0.01 mV）→320.00

2.將此數(shù)字翻譯為整數(shù)十進(jìn)制數(shù)→32000

3.將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制→111 1101 0000 0000

4.補(bǔ)充二進(jìn)制結(jié)果：000 0010 1111 1111

5.在Complement中添加1以創(chuàng)建Two‘s Complement格式化結(jié)果→000 0011 0000 0000

6.擴(kuò)展符號(hào)并創(chuàng)建16位字：1000 0011 0000 0000 = 8300h（記住根據(jù)PGA設(shè)置，根據(jù)需要將符號(hào)擴(kuò)展到所有符號(hào)位。）

8.6.3.2 Bus Voltage Register，總線電壓寄存器（地址= 02h）

總線電壓寄存器存儲(chǔ)最新的總線電壓讀數(shù)VBUS。

滿(mǎn)量程范圍= 32 V（十進(jìn)制= 8000，十六進(jìn)制= 1F40），LSB = 4 mV。

滿(mǎn)量程范圍= 16 V（十進(jìn)制= 4000，十六進(jìn)制= 0FA0），LSB = 4 mV。

CNVR：轉(zhuǎn)換就緒，雖然可以隨時(shí)讀取上次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，但I(xiàn)NA219轉(zhuǎn)換就緒位（CNVR）指示數(shù)據(jù)輸出寄存器中何時(shí)有轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

所有轉(zhuǎn)換，平均和乘法完成后，CNVR位置1。 CNVR將在以下條件下清除：

1.）將新模式寫(xiě)入配置寄存器的工作模式位（掉電或禁用除外）

2.）讀取功率寄存器

OVF：數(shù)學(xué)溢出標(biāo)志，當(dāng)功率或電流計(jì)算超出范圍時(shí)，數(shù)學(xué)溢出標(biāo)志（OVF）置位。 它表明當(dāng)前和電力數(shù)據(jù)可能毫無(wú)意義。

8.6.3.3 Power Register，功率寄存器（地址= 03h）［reset = 00h］

滿(mǎn)量程范圍和LSB由校準(zhǔn)寄存器設(shè)置。 請(qǐng)參見(jiàn)編程校準(zhǔn)寄存器。

功率寄存器通過(guò)將電流值乘以總線值來(lái)記錄功率，單位為瓦特

8.6.3.4 Current Register，當(dāng)前寄存器（地址= 04h）［reset = 00h］

滿(mǎn)量程范圍和LSB取決于校準(zhǔn)寄存器中輸入的值。

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱編程校準(zhǔn)寄存器。 負(fù)值以2的補(bǔ)碼格式存儲(chǔ)。

通過(guò)將分流電壓寄存器中的值乘以校準(zhǔn)寄存器中的值，根據(jù)公式4計(jì)算電流寄存器的值：

8.6.4.1 Calibration Register，校準(zhǔn)寄存器（地址= 05h）［reset = 00h］

電流和功率校準(zhǔn)由校準(zhǔn)寄存器的FS15至FS1位設(shè)置。 請(qǐng)注意，在計(jì)算中不使用位FS0。

該寄存器設(shè)置與分流器上的滿(mǎn)量程壓降相對(duì)應(yīng)的電流。 滿(mǎn)量程范圍和電流和功率測(cè)量的LSB取決于在該寄存器中輸入的值。

請(qǐng)參見(jiàn)編程校準(zhǔn)寄存器。 該寄存器適用于整個(gè)系統(tǒng)校準(zhǔn)。 請(qǐng)注意，0 POR值都是默認(rèn)值。

FS0是一個(gè)空位，始終為0.無(wú)法向FS0寫(xiě)入1。 CALIBRATION是存儲(chǔ)在FS15：FS1中的值。

接下來(lái)我們重點(diǎn)說(shuō)一下各個(gè)寄存器等配置問(wèn)題，INA219共有六個(gè)寄存器，其中只有Configuration跟Calibration需要用戶(hù)自己配置具體的寄存器為上面已經(jīng)做了詳解。

Configuration配置寄存器

配置寄存器主要配置芯片測(cè)量的量程、精度及工作模式，復(fù)位值0x399F

PG位用于配置差分模式下，芯片測(cè)量差分分壓電壓的量程，說(shuō)白了就是把IN+與IN-兩引腳間的電壓再等分多少分之一

BADC與SADC位同樣適用上面的參數(shù)，用于設(shè)置ADC的采樣精度及采樣周期，

其中綠框內(nèi)表示設(shè)置不同的精度只采樣一次，采樣周期不同，紅框表示使用12bit精度，采集多少次取平均值，采樣周期不同

MODE位用于設(shè)置芯片的工作模式，

一般用最后一項(xiàng)，默認(rèn)差分電壓與總線電壓都連續(xù)采樣

Calibration校準(zhǔn)寄存器

校準(zhǔn)寄存器的設(shè)置，要針對(duì)芯片外部使用的采樣電阻的阻值，通知設(shè)置校準(zhǔn)寄存器，方便芯片直接計(jì)算測(cè)量值，用戶(hù)就可以直接從其余四個(gè)寄存器中直接讀出測(cè)量的數(shù)據(jù)了

關(guān)于校準(zhǔn)寄存器的計(jì)算，手冊(cè)中給出了公式，如下所示

此處需要結(jié)合配置寄存器中我們?cè)O(shè)置的BRNG位，即總線電壓范圍是16V還是32V，下面我們以32V為例，說(shuō)一下計(jì)算過(guò)程，參考如下程序

使用的電路如下

第一步

我們先根據(jù)測(cè)量需要，設(shè)定我們的電壓測(cè)量范圍0-32V，以及使用的采樣電阻阻值0.05歐姆

并假定IN+與IN-引腳間的最大差分電壓為±320mV

第二步

根據(jù)N+與IN-引腳間的最大差分電壓±320mV，計(jì)算出電路中可測(cè)量的的最大電流為6.4A計(jì)算出

第三步

根據(jù)外部電路中可能流過(guò)的最大電流，配合Shunt Voltage Register查分分壓寄存器的設(shè)置，

計(jì)算出使用15bit精度時(shí)的測(cè)量分度196uA，與使用12bit精度時(shí)的測(cè)量分度1562uA，

這兩個(gè)數(shù)值即我們可以測(cè)量的線路中電流是可以達(dá)到的最小分度值范圍

第四步

從第三步計(jì)算的范圍中，選取一個(gè)比較方便計(jì)算，且符合測(cè)量要求的數(shù)值，即Current_LSB值

一般取比15bit精度時(shí)的分度196uA稍大一點(diǎn)的整數(shù)，必須我們此處使用的0.0002A（200uA）;

此數(shù)值也可使用手冊(cè)中給出的公式2計(jì)算得到

第五步

根據(jù)手冊(cè)中給的計(jì)算公式1，我們使用即Current_LSB值及我們的外部采樣電阻值，

可以計(jì)算出Calibration校準(zhǔn)寄存器需要設(shè)置的數(shù)值，即程序中的 ina219_calValue = 4096;

第六步

由我們計(jì)算得到的Current_LSB，使用手冊(cè)中給出的公式5，

我們可以計(jì)算的到Power功率寄存器的最小分度值為4mW

此數(shù)值與工具寄存器的值相乘及時(shí)我們電路中的功率了

第七步

此處主要用于說(shuō)明幾個(gè)主要測(cè)量值的范圍

第八步

根據(jù)我們程序中設(shè)計(jì)的最大電流值及最大電壓，計(jì)算出可以測(cè)量的最大功率值

并給出了此配置下的最小電流分度，ina219_current_LSB_uA = 200; // Current LSB = 200uA per bit

及最小功率分度，ina219_power_LSB_mW = 4; // Power LSB = 4mW per bit = 20 * Current LSB

第九步

根據(jù)我們上面的計(jì)算，設(shè)置我們的Configuration配置寄存器及Calibration校準(zhǔn)寄存器

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