INA219電量監(jiān)測芯片的使用經(jīng)驗和資料及使用步驟詳細說明

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

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跟總線電壓檢測，

芯片外部引腳A0、A1引腳，支持支持16路地址設置，同時可掛載16路設備，

INA219操作其實很簡單，內(nèi)部共有六個寄存器，其中需要用戶設置的只有兩個

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 當前寄存器（地址= 04h）［reset = 00h］

Calibration Register 校準寄存器（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，將此位設置為“1”會產(chǎn)生與上電復位相同的系統(tǒng)復位。將所有寄存器重置為默認值; 這一點自我清除。

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

PG：PGA（僅限分流電壓），設置PGA增益和范圍。請注意，PGA默認為÷8（320mV范圍）。表4顯示了各種產(chǎn)品增益設置的增益和范圍。

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）或設置總線電壓寄存器的平均結(jié)果時使用的采樣數(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）或設置分流電壓寄存器的平均結(jié)果時使用的采樣數(shù)（01H）。

BADC（總線）和SADC（分流）ADC分辨率/平均和轉(zhuǎn)換時間設置如表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當前的分流電壓讀數(shù)VSHUNT。分流電壓寄存器位根據(jù)配置寄存器（00h）中選擇的PGA設置進行移位。當存在多個符號位時，它們將是相同的值。

負數(shù)以2的補碼格式表示，通過補充絕對值二進制數(shù)并加1來得到負數(shù)的2的補碼。

通過設置MSB = 1來擴展符號，表示負數(shù)。將符號擴展到任何其他符號位以形成16位字。

示例：對于值VSHUNT = -320 mV：

1.取絕對值（包括精度到0.01 mV）→320.00

2.將此數(shù)字翻譯為整數(shù)十進制數(shù)→32000

3.將其轉(zhuǎn)換為二進制→111 1101 0000 0000

4.補充二進制結(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.擴展符號并創(chuàng)建16位字：1000 0011 0000 0000 = 8300h（記住根據(jù)PGA設置，根據(jù)需要將符號擴展到所有符號位。）

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最新的總線電壓讀數(shù)VBUS。

滿量程范圍= 32 V（十進制= 8000，十六進制= 1F40），LSB = 4 mV。

滿量程范圍= 16 V（十進制= 4000，十六進制= 0FA0），LSB = 4 mV。

CNVR：轉(zhuǎn)換就緒，雖然可以隨時讀取上次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，但INA219轉(zhuǎn)換就緒位（CNVR）指示數(shù)據(jù)輸出寄存器中何時有轉(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)學溢出標志，當功率或電流計算超出范圍時，數(shù)學溢出標志（OVF）置位。 它表明當前和電力數(shù)據(jù)可能毫無意義。

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

滿量程范圍和LSB由校準寄存器設置。 請參見編程校準寄存器。

功率寄存器通過將電流值乘以總線值來記錄功率，單位為瓦特

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

滿量程范圍和LSB取決于校準寄存器中輸入的值。

有關(guān)詳細信息，請參閱編程校準寄存器。 負值以2的補碼格式存儲。

通過將分流電壓寄存器中的值乘以校準寄存器中的值，根據(jù)公式4計算電流寄存器的值：

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

電流和功率校準由校準寄存器的FS15至FS1位設置。 請注意，在計算中不使用位FS0。

該寄存器設置與分流器上的滿量程壓降相對應的電流。 滿量程范圍和電流和功率測量的LSB取決于在該寄存器中輸入的值。

請參見編程校準寄存器。 該寄存器適用于整個系統(tǒng)校準。 請注意，0 POR值都是默認值。

FS0是一個空位，始終為0.無法向FS0寫入1。 CALIBRATION是存儲在FS15：FS1中的值。

接下來我們重點說一下各個寄存器等配置問題，INA219共有六個寄存器，其中只有Configuration跟Calibration需要用戶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量的量程、精度及工作模式，復位值0x399F

PG位用于配置差分模式下，芯片測量差分分壓電壓的量程，說白了就是把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)，用于設置ADC的采樣精度及采樣周期，

其中綠框內(nèi)表示設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位用于設置芯片的工作模式，

一般用最后一項，默認差分電壓與總線電壓都連續(xù)采樣

Calibration校準寄存器

校準寄存器的設置，要針對芯片外部使用的采樣電阻的阻值，通知設置校準寄存器，方便芯片直接計算測量值，用戶就可以直接從其余四個寄存器中直接讀出測量的數(shù)據(jù)了

關(guān)于校準寄存器的計算，手冊中給出了公式，如下所示

此處需要結(jié)合配置寄存器中我們設置的BRNG位，即總線電壓范圍是16V還是32V，下面我們以32V為例，說一下計算過程，參考如下程序

使用的電路如下

第一步

我們先根據(jù)測量需要，設定我們的電壓測量范圍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，計算出電路中可測量的的最大電流為6.4A計算出

第三步

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

計算出使用15bit精度時的測量分度196uA，與使用12bit精度時的測量分度1562uA，

這兩個數(shù)值即我們可以測量的線路中電流是可以達到的最小分度值范圍

第四步

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

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

此數(shù)值也可使用手冊中給出的公式2計算得到

第五步

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

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

第六步

由我們計算得到的Current_LSB，使用手冊中給出的公式5，

我們可以計算的到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我們電路中的功率了

第七步

此處主要用于說明幾個主要測量值的范圍

第八步

根據(jù)我們程序中設計的最大電流值及最大電壓，計算出可以測量的最大功率值

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)我們上面的計算，設置我們的Configuration配置寄存器及Calibration校準寄存器

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