使用 python 在 rpi0 上设置多个 mcp3008 ADC 芯片时遇到问题。任何关于错误的想法都会被采纳

Question

我目前正在进行一个项目，要求我读取 16 个不同传感器的模拟电压并将其转换为角度读数。为了实现这一目标，我决定使用 MCP3008 ADC 芯片以及 rpi 和 python，因为这是我之前为需要类似过程的其他项目所做的事情。然而，与我之前的项目不同的是，我必须使用 2 个 MCP3008 芯片，因为每个芯片只能读取 8 个通道。我知道根据 spi 通信的工作方式和 MCP3008 芯片的工作方式，这应该是可能的，但我在让两个芯片同时工作时遇到了一些问题。作为前言，我使用 adafruits mcp3xxx 库来处理芯片。我尝试的第一件事是使用不同的芯片选择将两个芯片放在同一个 spi 总线上。我使用的代码看起来像这样，

import busio
import digitalio
import board
import time
import adafruit_mcp3xxx.mcp3008 as MCP
from adafruit_mcp3xxx.analog_in import AnalogIn
# this function is used to calculate angle of displacement
def Angle(Vmin,Vmax,R,Vt):
    return ((Vt-Vmin)/(Vmax-Vmin))*R
# create the spi bus
spi = busio.SPI(clock=board.SCK, MISO=board.MISO, MOSI=board.MOSI)

#create the chip select(s)
cs0 = digitalio.DigitalInOut(board.CE0)
cs1 = digitalio.DigitalInOut(board.CE1)



#create the mcp object(s)
mcp0 = MCP.MCP3008(spi,cs0)
mcp1 = MCP.MCP3008(spi,cs1)


#create the analog channels
chan0_0 = AnalogIn(mcp0, MCP.P0)
chan1_0 = AnalogIn(mcp1, MCP.P0)


R_elbow = 180;
from CalibratedVoltages import*


while True:
#     A_elbow = Angle(VminElbow,VmaxElbow,R_elbow,chan0_0.voltage)
#     time.sleep(1)
#     A_knee = Angle(VminKnee, VmaxKnee, R_knee,chan1_0.voltage)
#     print('elbow angle:', A_elbow,'degrees')
     print('0',chan0_0.voltage)
     print('1',chan1_0.voltage)
     time.sleep(2)
     print('update')

但是通过此设置，由于某种原因，在 mcp1 对象上获取的任何读数都依赖于在 mcp0 对象上获取的读数。例如，如果您要在 mcp1 的通道 0 上读取读数，而不是从 0 到 3.3 伏，因为它应该在 0 到 mcp0 对象的通道 0 上读取的值之间进行读取。这对于 mcp1 对象上的所有通道都是相同的。

由于无法弄清楚为什么会发生这种情况，我决定尝试简单地将每个 MCP3008 芯片放在单独的 spi 总线上，以防止共享总线造成的干扰，我认为这是导致错误的原因。我做了一个 dtoverlay 来启用 spi1 总线，然后将我的代码更改为更像这样的代码。

import busio
import digitalio
import board
import time
import adafruit_mcp3xxx.mcp3008 as MCP
from adafruit_mcp3xxx.analog_in import AnalogIn
# this function is used to calculate angle of displacement
def Angle(Vmin,Vmax,R,Vt):
    return ((Vt-Vmin)/(Vmax-Vmin))*R
# create the spi bus
spi0 = busio.SPI(clock=board.SCK, MISO=board.MISO, MOSI=board.MOSI)
spi1 = busio.SPI(clock=21, MISO=19, MOSI=20)

#create the chip select(s)
cs0 = digitalio.DigitalInOut(board.D5)
cs1 = digitalio.DigitalInOut(board.D9)



#create the mcp object(s)
mcp0 = MCP.MCP3008(spi0,cs0)
mcp1 = MCP.MCP3008(spi1,cs1)


#create the analog channels
chan1_0 = AnalogIn(mcp1, MCP.P0)
chan0_0 = AnalogIn(mcp0, MCP.P0)
#chan0_1 = AnalogIn(mcp0, MCP.P1)
#chan0_2 = AnalogIn(mcp0, MCP.P2)
#chan0_3 = AnalogIn(mcp0, MCP.P3)
#chan0_4 = AnalogIn(mcp0, MCP.P4)
#chan0_5 = AnalogIn(mcp0, MCP.P5)
#chan0_6 = AnalogIn(mcp0, MCP.P6)


R_elbow = 180;
from CalibratedVoltages import*


while True:
#     A_elbow = Angle(VminElbow,VmaxElbow,R_elbow,chan0_0.voltage)
#     time.sleep(1)
#     A_knee = Angle(VminKnee, VmaxKnee, R_knee,chan1_0.voltage)
#     print('elbow angle:', A_elbow,'degrees')
     print('0',chan0_0.voltage)
     print('1',chan1_0.voltage)
#     print('2',chan0_2.voltage)
#     print('3',chan0_3.voltage)
#     print('4',chan0_4.voltage)
#     print('5',chan0_5.voltage)
#     print('6',chan0_6.voltage)
     time.sleep(2)
     print('update')

通过此设置，只有 spi1 总线上的 MCP 芯片工作，而另一个芯片在所有通道上返回 0.0，无论其连接的电压是什么。即使您将代码更改回仅使用 spi0 总线，spi0 总线上的芯片也会继续返回所有 0.0 读数，直到并且除非我重新启动 rpi 并仅运行 spi0 总线读数的代码，而无需运行任何以下行：为 spi1 总线设置任何内容。在这一点上，我相当迷失，只能假设它与我正在使用的库之一有关，我选择了 MCP3008 芯片，因为我知道 adafruit 提供了一个易于使用的库，我想避免必须专门为项目的这一部分投入大量精力。如果有人遇到过同样的问题并且知道如何解决它，或者只是猜测一下，我们将非常感激。解决所描述的任何一个问题都将使我能够完成该项目。

Answer 1

我做了同样的事情，得到了同样的结果。

调试此问题的最佳工具称为“piscope”，可以在此处找到：
http://abyz.me.uk/rpi/pigpio/piscope.html

答案是 - 不要使用 CE0。

解释：
由于某种原因，在使用 adafruit 库时，每当发生 spi 调用时，CE0 就会变低 - 无论配置哪个设备/芯片选择。

这可以在 piscope 中通过观察 GPIO 引脚来看到。正确的 cs 引脚变低 - 但稍后，CE0 也变低，使两个 spi 设备都处于活动状态并产生冲突情况。

在布局 PCB 时，我遵循典型逻辑，并使我的两个设备使用 cs CE0 和 CE1，正如逻辑所说，因为这些是默认设置。

我不知道是 adafruit 库还是实际的 pi 内核造成了冲突情况，但为了解决这个问题，我从芯片中取出了引脚 D8，并连接到 D20（一个未使用的引脚）。

然后我按预期在 python 中设置 cs 配置：
cs1 = digitalio.DigitalInOut(board.D7)
cs2 = digitalio.DigitalInOut(board.D20)

一切正常 - 16 个通道的独立电压读数。

在 piscope 中观察显示了我的预期：对于每个 spi 调用，CE0 都会变低。

解决方案：在多个spi设备设计中不要使用CE0。

我还使用 2 个额外的仅配置软件的设备进行了测试，总共 4 个独立的 spi 调用，带有 4 个 gpio 引脚，没有 D8。每个调用都会导致 CE0 被拉低，但当未在硬件中连接 CE0 时，spi 调用表现正常，表明（暂时）可以使用 adafruit 库将任意数量的设备连接到 spi 总线。

Answer 2

手动设置 GPIO 将不起作用。

我尝试手动操作 GPIO，但 CE0 甚至总是覆盖手动 GPIO 条件。 CE0 覆盖位于 adafruit 库中的某个位置，或者可能位于 spi 驱动程序的 pi 内核中。

有多种方法可以对引脚进行寻址，但我从不使用粒子方法。我在某处读到粒子标识符适用于非常高级的处理器类型的人，但我不是。我使用 adafruit 示例级代码

import RPi.GPIO as GPIO
# create the spi bus
spi = busio.SPI(clock=board.SCK, MISO=board.MISO, MOSI=board.MOSI)

# create the cs (chip select)
cs1 = digitalio.DigitalInOut(board.D7)
cs2 = digitalio.DigitalInOut(board.D20)

# create the mcp object
mcp1 = MCP.MCP3008(spi, cs2)
mcp2 = MCP.MCP3008(spi, cs2)

要使用 GPIO 名称，只需将 GPIOxx 的 GPIO 部分更改为 Dxx 即可。例如，D20 是引脚 38，或 D15/A6 作为粒子。 D7 是 GPIO7，引脚 26，D8（未使用）将是 GPIO8 或引脚 24。

这是我的热敏电阻测试的完整代码：

import busio
import math
import digitalio
from decimal import Decimal
import board
import adafruit_mcp3xxx.mcp3008 as MCP
from adafruit_mcp3xxx.analog_in import AnalogIn
import time
from time import sleep
from gpiozero import CPUTemperature
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setwarnings(False)


# create the spi bus
spi = busio.SPI(clock=board.SCK, MISO=board.MISO, MOSI=board.MOSI)

# create the cs (chip select)
cs1 = digitalio.DigitalInOut(board.D7)
cs2 = digitalio.DigitalInOut(board.D20)

# create the mcp object
mcp1 = MCP.MCP3008(spi, cs1)
mcp2 = MCP.MCP3008(spi, cs2)


while True:
    
    print(mcp1)
    print("Channel 1")
    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp1, MCP.P0)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)
    sleep(.2)
    
    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp1, MCP.P1)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)
    sleep(.2)
    
    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp1, MCP.P2)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)
    sleep(.2)
    
    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp1, MCP.P3)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)
    sleep(.2)
    
    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp1, MCP.P4)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)
    sleep(.2)
    
    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp1, MCP.P5)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)
    sleep(.2)

    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp1, MCP.P6)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)
    sleep(.2)
    

    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp1, MCP.P7)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)
    
    print (" ")
    
    sleep(3)

    print(mcp2)
    
    print("Channel 2")
    
    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp2, MCP.P0)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)
  
    
    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp2, MCP.P1)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)

    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp2, MCP.P2)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)

    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp2, MCP.P3)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)

    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp2, MCP.P4)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)

    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp2, MCP.P5)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)

    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp2, MCP.P6)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)

    c1 = 0
    for i in range (1, 101):
        chan=AnalogIn(mcp2, MCP.P7)
        c1=c1+chan.value
    print (c1/100/64)
    sleep(3)
    
    
    print(" ")
    
    sleep(3)
    

我发现 mcp3008 相对嘈杂，即使输入信号干净，所以我使用 100样本来平均最终结果。速度会慢一些，但结果看起来更好。