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51 驱动 INA219 电流电压功率测量

news 来源：原创 2025/6/30 15:26:42

文章目录

一、INA219简介
二、引脚功能
三、寄存器介绍
- 1.配置寄存器 0x00
- 2.分流电压寄存器 0x01
- 3.总线电压寄存器 0x02
- 4.功率寄存器 0x03
- 5.电流寄存器 0x04
- 6.基准寄存器 0x05
四、IIC 时序说明
- 1.写时序
- 2.读时序
五、程序
六、实验现象
- 1.线路图
- 2.输出数据

一、INA219简介

INA219是一个电流分流和电源监视器与I2C或smbus兼容的接口。该设备监测分流电压降和总线电源电压，可编程转换时间和滤波。可编程的校准值与内部乘法器相结合，可直接读出以安培为单位的电流。一个附加的相乘寄存器计算功率，单位为瓦。I2C或smbus兼容接口具有16个可编程地址。

在这里插入图片描述

二、引脚功能

IN+	连接到分流电阻的正级
IN-	连接到分流电阻的负级
GND	电源地
VS	电源正
SCL	时钟线
SDA	数据线
A0	IIC地址设置引脚
A1	IIC地址设置引脚

INA219有两个地址引脚，A0和A1。下图描述了16个可能地址中的每一个的引脚逻辑。由原理图可知 INA219 模块 A0 A1 引脚被下拉至 GND ，故 IIC 地址则为 Write：1000 0000 0x80 Read：1000 0001 0x81
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三、寄存器介绍

在这里插入图片描述

1.配置寄存器 0x00

用于配置传感器的量程及工作模式等等
在这里插入图片描述

Bit	字段	类型	默认值(二进制)	描述
15	RST	R/W	0	设置成1 复位
14	NC	R/W	0	无功能保留
13	BRNG	R/W	1	总线电压量程范围 0 = 16V FSR 1 = 32V FSR
11 12	PG	R/W	11	分流电阻最大电压，可设置最大量程电流，I=V/R (模块分流电阻R=0.1欧，非芯片内部电路) 00 ±40 mV 01 ±80 mV 10 ±160 mV 11 ±320 mV
7:10	BADC	R/W	0011	总线ADC分辨率及采样次数参考下文说明
3:6	SADC	R/W	0011	分流ADC分辨率及采样次数参考下文说明
0:2	MODE	R/W	111	操作模式 000 关闭 001 分流电压触发 010 总线电压触发 011 分流及总线电压触发 100 关闭ADC 101 分流电压连续测量 110 总线电压连续测量 111 分流及总线电压连续测量

BADC(7:10) SADC(3:6) 的配置都参考下图
在这里插入图片描述

2.分流电压寄存器 0x01

存放分流电压数据
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

3.总线电压寄存器 0x02

存放总线电压数据
在这里插入图片描述
总线电压值 = 寄存器值>>3 * LSB(4mV)
上图可知数据存放于寄存器的 3-15Bit ，故计算的话先右移三位去掉其余非数据位，再乘最小分辨率LSB(4mV)

4.功率寄存器 0x03

存放功率数据
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功率 = 寄存器值 * Power_LSB ，Power_LSB 的计算参考第6小节说明

5.电流寄存器 0x04

存放电流数据
在这里插入图片描述

电流值 = 寄存器值 * Current_LSB ，Current_LSB 的计算参考第6小节说明

6.基准寄存器 0x05

设置传感器的基准值
在这里插入图片描述

根据上面的公式计算Cal(基准值) 首先得计算 Current_LSB(电流最小分辨率)，trunc 取整，Rshunt 分流电阻0.1R

Current_LSB_MAX = Maximum Expected Current(最大电流) / 2^15
Current_LSB_MIN = Maximum Expected Current(最大电流) / 2^12

最大电流 = 分流电阻最大电压(可通过00寄存器自行配置，本文采用320mV) / 分流电阻 = 320mV / 0.1R=3.2A

Current_LSB_MAX = 3.2A / 2^15 = 0.00009765625
Current_LSB_MIN = 3.2A / 2^12 = 0.00078125
取中间值适用值： Current_LSB = 0.0001A

因此 Cal(基准值) = 0.04096 / 0.0001A * 0.1R = 4096 = 0x1000 ，将该值写入寄存器 0x05 即可
测量结果如果出现偏差过大可用下图公式校准基准值
在这里插入图片描述
手册还给出了功率最小分辨率 Power_LSB 的计算公式

Power_LSB = 20 * 0.0001A = 0.002W

四、IIC 时序说明

1.写时序

在这里插入图片描述

2.读时序

在这里插入图片描述
该时序前还应加一个发送寄存器地址的时序：起始信号—IIC地址—ACK—寄存器地址—ACK

五、程序

INA219.c

#include <STC89C5xRC.H>
#include <IIC.H>
/*IIC 地址-------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define INA219 0x80
/*寄存器地址------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define	INA219_Configuration                          0x00
#define INA219_Shuntvoltage                           0x01
#define INA219_Busvoltage                             0x02
#define INA219_Power                                  0x03
#define INA219_Current                                0x04
#define INA219_Calibration                            0x05
/* INA219_curation Bit15-0 ------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define RST 			0 		//设置成1复位 0(默认) （Bit15）
//                      0       //（Bit14 保留）
#define BRNG 			0   	//总线电压量程范围 16V （Bit13）
#define PG  			0x03	//分流电阻最大电压 ±320mV(默认) （Bit11-12）
#define BADC		    0x0C	//总线电压ADC分辨率/平均值设置  12位分辨率/16次平均值/8.51ms（Bit7–10）
#define SADC			0x0C    //分压电阻ADC分辨率/平均值设置  12位分辨率/16次平均值/8.51ms（bit3-6）
#define	MODE     	    0x07 	//运行模式  连续检测（默认）（Bit0–2）#define Configuration_H (RST << 7)|(BRNG << 5)|(PG << 3)|((BADC >> 1) & 0x0F)
#define Configuration_L ((BADC & 0x01) << 7)|(BADC << 3)|(MODE)
/* INA219_Calibration -------------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define Calibration_H 0x10
#define Calibration_L 0x00
/*
0.32V/0.1R = 3.2A
Current_LSB_MAX = 3.2/2^12 = 0.00078125A
Current_LSB_MIN = 3.2/2^15 = 0.00009765625A
Current_LSB = 0.0001A = 0.1mA
Power_LSB = 20 * Current_LSB = 20 * 0.1mA = 2mW
CAL = 0.04096/(0.0001A*0.1R) = 4096 = 0x1000
*/
void INA219_Write(unsigned char Register,unsigned char Data_H,unsigned char Data_l)
{IIC_Start();IIC_SendByte(INA219);IIC_ReceiveAck();//没有对返回的 ACK 做处理IIC_SendByte(Register);IIC_ReceiveAck();IIC_SendByte(Data_H);IIC_ReceiveAck();IIC_SendByte(Data_l);IIC_ReceiveAck();IIC_Stop();
}
unsigned int INA219_Read(unsigned char Register)
{unsigned int Register_Data=0;IIC_Start();IIC_SendByte(INA219);IIC_ReceiveAck();//没有对返回的 ACK 做处理IIC_SendByte(Register);IIC_ReceiveAck();IIC_Start();IIC_SendByte(INA219+0x01);IIC_ReceiveAck();Register_Data = IIC_ReceiveByte();IIC_SendAck(0);Register_Data = (Register_Data<<8)|IIC_ReceiveByte();
//	IIC_SendAck(1);IIC_Stop();return Register_Data;
}
void INA219_Init()
{INA219_Write(INA219_Configuration,Configuration_H,Configuration_L);INA219_Write(INA219_Calibration,Calibration_H,Calibration_L);
}
unsigned int INA219_GetVoltage()//总线电压值 =  寄存器值>>3 * LSB(4mV)
{unsigned int Voltage;Voltage = (unsigned int)(((INA219_Read(INA219_Busvoltage)) >> 3) * 4);return Voltage;
}
unsigned int INA219_GetCurrent()//电流值 = 寄存器值 * Current_LSB(0.1mA)
{unsigned int Current;Current = (unsigned int)((INA219_Read(INA219_Current)) * 0.1);return Current;
}
unsigned int INA219_GetPower()//功率 = 寄存器值 * Power_LSB(2mW)
{unsigned int Power;Power = (unsigned int)((INA219_Read(INA219_Power)) * 2);return Power;
}

main.c

#include <STC89C5xRC.H>
#include <uart.H>
#include <INA219.H>
#include <delay.H>
//整形数据转字符数组
void IntToString(unsigned char *str,unsigned int dat)//str 存放字符的数组，dat 整形数据
{unsigned char i = 0;unsigned int buf[12];do { //先转换成 低位在前的十进制数组 将低位高位互换buf[i++] = dat % 10;dat /= 10;} while (dat > 0);while (i-- > 0) //将数组值转换为 ASCII 码反向拷贝到接收指针上{*str++ = buf[i] + '0';}*str = '\0';
}	
void main()
{unsigned int Voltage = 0,Current = 0,Power = 0;unsigned char arr[12];char * P = arr;uart_init();//波特率2400INA219_Init();Delay_x_ms(1000);while(1){Voltage = INA219_GetVoltage();Delay_x_ms(100);//获取总线电压Current = INA219_GetCurrent();Delay_x_ms(100);//获取电流Power = INA219_GetPower();//获取功率IntToString(P,Voltage);//int转char数组UART_Send(P);UART_Send("mV");UART_SendByte(0x0D);UART_SendByte(0x0A);IntToString(P,Current);UART_Send(P);UART_Send("mA");UART_SendByte(0x0D);UART_SendByte(0x0A);IntToString(P,Power);UART_Send(P);UART_Send("mW");UART_SendByte(0x0D);UART_SendByte(0x0A);Delay_x_ms(1000);}
}