一、INA226簡介

INA226 是一款分流/功率監(jiān)視器，具有 I2C或SMBUS 兼容接口。該器件監(jiān)視分流壓降和總線電源電壓。可編程校準(zhǔn)值、轉(zhuǎn)換時間和取平均值功能與內(nèi)部乘法器相結(jié)合，可實現(xiàn)電流值（單位為安培）和功率值（單位為瓦）的直接讀取。

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二、引腳功能

IN+	電流輸入
IN-	電流輸出
GND	電源地
VS	電源正
SCL	時鐘線
SDA	數(shù)據(jù)線
A0	IIC地址設(shè)置引腳
A1	IIC地址設(shè)置引腳
Alert	報警輸出引腳
VBUS	總線電壓輸入引腳

INA226有兩個地址引腳，A0和A1。下圖描述了16個可能地址中的每一個的引腳邏輯。由原理圖可知 INA226 模塊 A0 A1 引腳被下拉至 GND ，故 IIC 地址則為 Write：1000 0000 0x80 Read：1000 0001 0x81
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三、寄存器介紹

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1.配置寄存器 0x00

配置寄存器設(shè)置控制設(shè)備的工作模式。該寄存器控制分流和總線電壓測量以及所用的平均模式的轉(zhuǎn)換時間設(shè)置。
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Bit	字段	類型	默認(rèn)值(二進(jìn)制)	描述
15	RST	R/W	0	設(shè)置成1 復(fù)位
14-12	NC	R/W	100	無功能保留
11-9	AVG	R/W	000	采樣平均次數(shù) 000 1次 001 4次 010 16次011 64次...
6-8	VBUSCT	R/W	100	總線采樣時間 000 140μs 001 204μs010 332 μs 011 588 μs 100 1.1ms 101 2.116ms 110 4.156ms 111 8.244ms
3-5	VSHCT	R/W	100	分流采樣時間同上
0:2	MODE	R/W	111	操作模式000 關(guān)閉 001 分流電壓觸發(fā) 010 總線電壓觸發(fā)011 分流及總線電壓觸發(fā) 100 關(guān)閉 101 分流電壓連續(xù)測量 110 總線電壓連續(xù)測量 111 分流及總線電壓連續(xù)測量

2.分流電壓寄存器 0x01

用于存儲當(dāng)前的分流電壓讀數(shù) Vshunt。負(fù)數(shù)采用二進(jìn)制補(bǔ)碼格式表示。生成一個負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼方法是：對其絕對值的二進(jìn)制數(shù)取反，然后加 1。如果最高有效位（MSB）為 '1'，則表示這是一個負(fù)數(shù)。最小分辨率（Vshunt _LSB）為 2.5uV。
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注意分流電壓最大81.92mV，而該模塊的采樣電阻是0.1R，故最大電流為 81.92mV / 0.1R = 819.2mA
分流電壓計算：Vshunt = 寄存器值 * Vshunt _LSB(2.5uV)

3.總線電壓寄存器 0x02

用于存儲最近一次的總線電壓讀數(shù) Vbus。如果啟用了平均功能，則該寄存器顯示的是平均后的數(shù)值。滿量程范圍為 40.96V（對應(yīng) 7FFF）；最小分辨率（Vbus_LSB）為 1.25 mV。
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總線電壓計算：Vbus = 寄存器值 * Vbus_LSB(1.25 mV )

4.功率寄存器 0x03

用于存儲功率讀數(shù) Power ，如果啟用了平均功能，該寄存器將顯示平均值。 功率寄存器的最低有效位（LSB）在內(nèi)部被設(shè)定為等于 Current_LSB 所設(shè)定值的 25 倍 。功率寄存器通過將電流寄存器的十進(jìn)制值與總線電壓寄存器的十進(jìn)制值相乘來記錄以瓦特（Watts）為單位的功率。
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功率計算： Power = 寄存器值 * Power_ LSB
由手冊可知 Power_LSB(功率最小分辨率) = Current_LSB(電流最小分辨率) * 25
Current_LSB 手冊給出了計算公式，如下

Current_LSB = 最大電流 / 2^15 = 819.2mA / 2^15 = 0.025mA

而手冊內(nèi)有一段提示：While this value yields the highest resolution, it is common to select a value for the Current_LSB to the nearest round number above this value to simplify the conversion of the Current Register (04h) and Power Register (03h) to amperes and watts respectively
譯文：雖然這個值可以提供最高的分辨率，但通常會選擇一個略高于該值的整數(shù)作為 Current_LSB，以簡化將電流寄存器（04h）和功率寄存器（03h）轉(zhuǎn)換為安培（Amperes）和瓦特（Watts）的過程
也就是可以自己根據(jù)公式計算出的結(jié)果，選擇一個合適的 Current_LSB 值，便于計算，這里公式得出的 Current_LSB = 0.025mA，本文重新選擇為 0.05mA，之所以選擇 0.05 也為了便于后續(xù) CAL (基準(zhǔn)值) 的計算，詳見寄存器 0x05 說明

故 Power_LSB = 0.05mA * 25 = 1.25mW
功率計算： Power = 寄存器值 * Power_ LSB(1.25mW)

5.電流寄存器 0x04

用于存儲電流讀數(shù) Current，如果啟用了平均功能，該寄存器將顯示平均值。電流寄存器的值是通過將分流電壓寄存器中的十進(jìn)制值與校準(zhǔn)寄存器中的十進(jìn)制值相乘來計算的
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電流值 = 寄存器值 * Current_LSB(0.05mA) (Current_LSB 的計算在上文功率寄存器小節(jié)已經(jīng)給出)

6.基準(zhǔn)寄存器 0x05

該寄存器為器件提供用于產(chǎn)生測量差分電壓的分流電阻值。它還設(shè)置電流寄存器的分辨率。編程該寄存器可設(shè)置 Current_LSB 和 Power_LSB。該寄存器也適用于整體系統(tǒng)校準(zhǔn)。
該寄存器主要是是設(shè)置系統(tǒng)基準(zhǔn)的，將基準(zhǔn)值(CAL) 寫入寄存器即可
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Current_LSB= 0.05mA (上文功率寄存器小節(jié)已經(jīng)給出) ，根據(jù)原理圖可知 Rshunt = 0.1R
CAL = 0.00512 / (0.00005A * 0.1R) = 1024 = 0x0400

實測調(diào)試發(fā)現(xiàn)所測出電流偏大，采用手冊校準(zhǔn)公式
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5V 測試條件下 MeasShuntCurrent = 490 mV INA226_Current = 520mV
Corrected_Full_Scale_Cal = 490 * 1024 / 520 = 964.9 約等于 965 = 0x03C5

修改程序重新寫入基準(zhǔn)值CAL =0x03C5，再次測量輸出與儀器顯示數(shù)據(jù)基本一致

其它寄存器是報警功能及ID，本文未使用則不做說明

四、IIC 時序說明

1.寫時序

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MyI2C_Start();						 //I2C起始
	MyI2C_SendByte(INA226_W);	         //發(fā)送從機(jī)地址，讀寫位為0，表示即將寫入
	MyI2C_ReceiveAck();					 //接收應(yīng)答
	MyI2C_SendByte(Register);			 //發(fā)送寄存器地址
	MyI2C_ReceiveAck();				     //接收應(yīng)答
	MyI2C_SendByte(Data_H);			     //發(fā)送要寫入寄存器的數(shù)據(jù)高位
	MyI2C_ReceiveAck();					 //接收應(yīng)答
	MyI2C_SendByte(Data_L);			     //發(fā)送要寫入寄存器的數(shù)據(jù)低位
	MyI2C_ReceiveAck();					 //接收應(yīng)答
	MyI2C_Stop();						 //I2C終止

2.讀時序

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該時序前還應(yīng)加一個發(fā)送寄存器地址的時序：起始信號---IIC地址---ACK---寄存器地址---ACK

MyI2C_Start();						  //I2C起始
	MyI2C_SendByte(INA226_W);	          //發(fā)送從機(jī)地址
	MyI2C_ReceiveAck();				      //接收應(yīng)答
	MyI2C_SendByte(RegAddress);	          //發(fā)送寄存器地址
	MyI2C_ReceiveAck();					  //接收應(yīng)答
	
	MyI2C_Start();					      //I2C重復(fù)起始
	MyI2C_SendByte(INA226_R);	          //發(fā)送從機(jī)地址
	MyI2C_ReceiveAck();				      //接收應(yīng)答
	Data = MyI2C_ReceiveByte();	          //接收指定寄存器的高位數(shù)據(jù)
	MyI2C_SendAck(0);				  	  //發(fā)送應(yīng)答
	Data = (Data < < 8)| MyI2C_ReceiveByte();//接收指定寄存器的低位數(shù)據(jù)
	MyI2C_Stop();						  //I2C終止

五、程序

INA226.C

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyI2C.h"

/*IIC 地址---------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define INA226_W 0x80
#define INA226_R 0x81
/*寄存器地址--------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define	INA226_Configuration                          0x00
#define INA226_Shuntvoltage                           0x01
#define INA226_Busvoltage                             0x02
#define INA226_Power                                  0x03
#define INA226_Current                                0x04
#define INA226_Calibration                            0x05
#define	INA226_Mask                                   0x06
#define	INA226_AlertLimit                             0x07
#define	INA226_ManufacturerID                         0xFE
#define	INA226_DieID                                  0xFF
/* INA226_curation Bit15-0 --------------------------------------------------------------------------*/
#define RST 			        0 		// 0   設(shè)置成1復(fù)位 （Bit15）
#define Reservation       0x04  // 100 （Bit14-12 保留）
#define AVG 							0x01  // 001 平均次數(shù) 4 （Bit11-9）
#define VBUSCT  					0x04	// 100 總線電壓轉(zhuǎn)換時間 1.1ms （Bit116-8）
#define VSHCT		  				0x04	// 100 分流電壓轉(zhuǎn)換時間 1.1ms（Bit3-5）
#define	MODE	            0x07 	// 111 運行模式  連續(xù)檢測（默認(rèn)）（Bit0–2）

#define Configuration_H (RST < < 7)|(Reservation < < 4)|(AVG < < 1)|(VBUSCT > > 2)
#define Configuration_L ((VBUSCT & 0x03) < < 6)|(VSHCT < < 3)|(MODE)

/* INA226_Calibration ---------------------------------------------------------------------------------*/
//#define Calibration_H 0x04
//#define Calibration_L 0x00

//MAX_Current = Full-scale range / R·SHUNT = 81.92mV / 0.1R = 819.2mA
//Current_LSB = 819.2mA / 2^15 = 0.025mA 
//選擇接近值：0.05mA = 0.00005A 手冊推薦1mA 但是便于CAL計算和實際調(diào)試則重新選擇為 0.05mA
//(手冊：While this value yields the highest resolution, it is common to select a value for the Current_LSB to the nearest round number above this value to simplify the conversion of the Current Register (04h) and Power Register (03h) to amperes and watts respectively.)
//(雖然該值產(chǎn)生最高分辨率，但通常為Current_LSB選擇一個值，使其與高于該值的最接近的整數(shù)相匹配，以簡化電流寄存器（04h）和功率寄存器（03h）分別轉(zhuǎn)換為安培和瓦的過程。)
//CAL = 0.00512 / (Current_LSB * R·SHUNT) = 0.00512 / (0.00005A * 0.1R) = 1024 = 0x0400
//Power_LSB = Current_LSB * 25 = 0.05mA * 25 = 1.25mW
//(手冊：The power LSB has a fixed ratio to the Current_LSB of 25)
//(power LSB與Current_LSB的固定比率為25)

#define Calibration_H 0x03
#define Calibration_L 0xC5
//實測發(fā)現(xiàn)電流偏大，采用手冊校準(zhǔn)公式 Corrected_Full_Scale_Cal = (Cal * MeasShuntCurrent) / INA226_Current 
//5V 測試條件下 MeasShuntCurrent = 490 mV   INA226_Current = 520mV  Corrected_Full_Scale_Cal = 490 * 1024 / 520 = 964.9 = 965 = 0x03C5
void INA226_WriteReg(uint8_t Register, uint8_t Data_H, uint8_t Data_L)
{
	MyI2C_Start();						  //I2C起始
	MyI2C_SendByte(INA226_W);	  //發(fā)送從機(jī)地址，讀寫位為0，表示即將寫入
	MyI2C_ReceiveAck();					//接收應(yīng)答
	MyI2C_SendByte(Register);		//發(fā)送寄存器地址
	MyI2C_ReceiveAck();					//接收應(yīng)答
	MyI2C_SendByte(Data_H);			//發(fā)送要寫入寄存器的數(shù)據(jù)高位
	MyI2C_ReceiveAck();					//接收應(yīng)答
	MyI2C_SendByte(Data_L);			//發(fā)送要寫入寄存器的數(shù)據(jù)低位
	MyI2C_ReceiveAck();					//接收應(yīng)答
	MyI2C_Stop();						    //I2C終止
}
uint32_t INA226_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint32_t Data;
	
	MyI2C_Start();						  //I2C起始
	MyI2C_SendByte(INA226_W);	  //發(fā)送從機(jī)地址
	MyI2C_ReceiveAck();					//接收應(yīng)答
	MyI2C_SendByte(RegAddress);	//發(fā)送寄存器地址
	MyI2C_ReceiveAck();					//接收應(yīng)答
	
	MyI2C_Start();					   	//I2C重復(fù)起始
	MyI2C_SendByte(INA226_R);	  //發(fā)送從機(jī)地址
	MyI2C_ReceiveAck();					//接收應(yīng)答
	Data = MyI2C_ReceiveByte();	//接收指定寄存器的高位數(shù)據(jù)
	MyI2C_SendAck(0);				  	//發(fā)送應(yīng)答
	Data = (Data < < 8)| MyI2C_ReceiveByte();	//接收指定寄存器的低位數(shù)據(jù)
	MyI2C_Stop();						    //I2C終止
	
	return Data;
}
void INA226_Init(void)
{
 	INA226_WriteReg(INA226_Configuration,Configuration_H,Configuration_L);   //4次平均  1.1ms轉(zhuǎn)換時間  連續(xù)檢測
	INA226_WriteReg(INA226_Calibration,Calibration_H,Calibration_L);         //基準(zhǔn)值 0x0200
}
uint32_t INA226_GetShuntVoltage(void)//分流電壓值 =  寄存器值 * LSB(2.5uA)
{
	uint32_t ShuntVoltage;
	ShuntVoltage = (uint32_t)((INA226_ReadReg(INA226_Shuntvoltage)) * 2.5 / 1000);
	
	return ShuntVoltage;
}
uint32_t INA226_GetBusVoltage(void)//總線電壓值 =  寄存器值 * LSB(1.25mV)
{
	uint32_t BusVoltage;
	BusVoltage = (uint32_t)((INA226_ReadReg(INA226_Busvoltage)) * 1.25);
	
	return BusVoltage;
}
uint32_t INA226_GetCurrent(void)//電流值 = 寄存器值 * Current_LSB(0.05mA)
{
	uint32_t Current;
	Current = (uint32_t)((INA226_ReadReg(INA226_Current)) * 0.05);
	
	return Current;
}
uint32_t INA226_GetPower(void)//功率 = 寄存器值 * Power_LSB(1.25mW)
{
	uint32_t Power;
	Power = (uint32_t)((INA226_ReadReg(INA226_Power)) * 1.25);
	
	return Power;
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "INA226.h"
#include "MyI2C.h"

uint32_t ShuntVoltage=0, BusVoltage=0, Current=0, Power=0;			//定義用于存放各個數(shù)據(jù)的變量
int main(void)
{
	Delay_ms(2000);//上電延時
	/*模塊初始化*/
	MyI2C_Init();
	OLED_Init();	
	INA226_Init();
	Delay_ms(1000);//初始化延時
	while (1)
	{
		ShuntVoltage = INA226_GetShuntVoltage();Delay_ms(50);
		BusVoltage = INA226_GetBusVoltage();Delay_ms(50);
		Current = INA226_GetCurrent();Delay_ms(50);
		Power = INA226_GetPower();
		OLED_ShowString(1,1,"ShuntV:");OLED_ShowSignedNum(1, 9, ShuntVoltage, 6);//單位mV，由于OLED行限制，單位暫不顯示
		OLED_ShowString(2,1,"BusV:");OLED_ShowSignedNum(2, 9, BusVoltage, 6);//單位mV
		OLED_ShowString(3,1,"Current:");OLED_ShowSignedNum(3, 9, Current, 6);//單位mA
		OLED_ShowString(4,1,"Power:");OLED_ShowSignedNum(4, 9, Power, 6);//單位mW
		Delay_ms(1000);
	}
}

六、實驗現(xiàn)象

1.線路圖

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2.輸出數(shù)據(jù)

負(fù)載儀恒阻模式 10R

3V 測試
在這里插入圖片描述

5V 測試

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以上內(nèi)容個人理解，如有不正歡迎指正，需要資料及工程可留言郵箱

審核編輯黃宇

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