Linux驱动开发-编写PCF8591(ADC)芯片驱动

【摘要】 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。

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的官方介绍-摘自中文手册:

PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。有4路A/D转换输入，1路D/A模拟输出。这就是说，它既可以作A/D转换也可以作D/A转换，A/D转换为逐次比较型。

PCF8591采用典型的I2C总线接口器件寻址方法，即总线地址由器件地址、引脚地址和方向位组成。飞利蒲公司规定A/D器件地址为1001。引脚地址为A2A1A0，其值由用户选择，因此I2C系统中最多可接8个具有I2C总线接口的A/D器件。地址的最后一位为方向位R/W，当主控器对A/D器件进行读操作时为1，进行写操作时为0。总线操作时，由器件地址、引脚地址和方向位组成的从地址为主控器发送的第一字节。

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：

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 
#include 
#include 
#include 
#include   /*注册中断相关*/
#include  		  /*中断边沿类型定义*/
#include  	  /*中断IO口定义*/
#include   /*工作队列相关*/
#include       /*互斥信号量头文件*/
#include 
#include  /*杂项设备相关结构体*/
#include          /*文件操作集合头文件*/
#include     /*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 
#include 
#include 
#include 

/*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 
#include 
#include 
#include 
/*
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;
}