CCS811 編程和端口指南

1、CCS811 編程和端口指南簡介： 這篇應(yīng)用說明詳細敘述了為劍橋CMOS傳感器CCS811數(shù)字瓦斯傳感器的程序設(shè)計模型和推薦的端口技術(shù)。它告訴軟件開發(fā)商如何把CCS811設(shè)備和另一個內(nèi)核（例如一個傳感芯片，傳感整合器，電話，平板電腦或者數(shù)字顯示設(shè)備）集成到一個環(huán)境。它詳細敘述了用戶軟件如何接通，控制，使用和停止這傳感器。CCS811設(shè)備硬件概述：CCS811框圖如圖一下所示：數(shù)字主機接口采用I2 C總線。所有預(yù)先帶有“n”的信號為低電平有效并可選的，除了nWAKE管腳（信號）。如果不用它們可以置高電平。特別強調(diào)的是nWAKE輸入信號是由一個軟件可配置的GPIO管腳控制的敏感應(yīng)用程序來控制。在應(yīng)

2、用程序的電平并不是一個主要問題，它可以讓nWAKE接地。 CCS811中配置和提取樣本是通過主機在I 2 C接口中發(fā)出處理信號到CCS811中專門的地址來完成的。傳感器可以工作在輪詢方式，或者當(dāng)它讀取了一個eCO 2讀數(shù)或到達一個臨界值時可以發(fā)出一個中斷在nINT上。程序設(shè)計模型為了靈活性和軟件驅(qū)動程序維護簡化CCS811不支持在I2C總線上直接尋址的寄存器。相反,它支持單個字節(jié)郵箱，來代替這些有特定功能和數(shù)據(jù)大小的寄存器。 訪問一個寄存器，一個I2C傳遞必須和引用CCS811上的目標(biāo)地址且二者保持一致一同發(fā)出。當(dāng)對CCS811進行讀寫操作時，所有I2C事務(wù)必須使用7位地址0x5A (I 2

3、C _ADDR low) 或者 0x5B (I 2 C _ADDR high)。CCS811寄存器圖紙如表一所示。狀態(tài)寄存器(0 x00)下表簡述了狀態(tài)寄存器中的各位：76543210FW_MODE-APP_VALIDDATA_READY-ERROR表3：狀態(tài)寄存器字段，敘述了寄存器中各位功能：BITSFIELDDESCRIPTION7FW_MODE0：固件處于引導(dǎo)模式,并允許新固件加載1：固件是在應(yīng)用程序模式。CCS811準(zhǔn)備好ADC測量6：5保留位4APP_VALID0：沒有應(yīng)用程序固件加載1：有效的應(yīng)用程序加載固件3DATA_READY0：沒有新數(shù)據(jù)樣本已經(jīng)準(zhǔn)備好1：一個新的數(shù)據(jù)樣本在A

4、LG_RESULT_DATA，這位在ALG_RESULT_DATA讀I2 C接口時清零。2：1保留位0ERROR0：沒有錯誤發(fā)生在I2C或傳感器1：有錯誤發(fā)生在I2C或傳感器, ERROR_ID寄存器包含在源錯誤里表4：測量模式寄存器，表示了在測量模式寄存器中的字段。76:43210-DRIVE_MODEINTERRUPTTHRESH-下表詳細描述了在測量模式寄存器各字段。BITSFIELDDESCIPTION7保留6:4DRIVE_MODE000：閑置，不開啟測量，這是最低電平模式。001：IAQ Mode 1 A，每秒鐘執(zhí)行測量。010: IAQ Mode 2 A，每10秒執(zhí)行測量。011

5、: IAQ Mode 3 A，每60秒執(zhí)行測量。100: IAQ Mode 4 Raw Data Mode.外部算法，每隔250毫秒測量，例如酒精檢測。一個新樣值被放在ALG_RESULT_DATA 和 RAW_DATA寄存器中。狀態(tài)寄存器中的DATA_READY位設(shè)定測量的時間間隔。3INTERRUPT 0：中斷生成是禁用的。1：當(dāng)一個新信號已經(jīng)存在ALG_RESULT_DATA中時，nINT信號宣稱低驅(qū)動。當(dāng)ALG_RESULT_DATA被I2C端口讀數(shù)時，就會停止并置為低電平。2THRESH 0：中斷方式是程序在MEAS_MODE中斷。1：如果MEAS_MODEINTERRUPT = 1

6、，當(dāng)ALG_RESULT_DATA eCO2讀取一個閾值的時候設(shè)置在THRESHOLDS寄存器，這位使得CCS811發(fā)出nINT信號，而不只是延遲。1:0保留位 表6：錯誤ID寄存器，表示了錯誤ID寄存器的字段。7:6543210HEATERSUPPLYHEATERFAULTMAXRESISTANCEMEASMODEINVALIDREAD_REGINVALIDMSGINVALID表7：錯誤ID寄存器的原因和反應(yīng)，描述了在錯誤ID寄存器中的字段和反應(yīng)，當(dāng)STATUSERROR = 1時，寄存器是非0.。錯誤潛在原因推薦行動MSG_INVALIDCCS811收到一個I2C向本站的寫請求，但是郵箱I

7、D或者大小錯誤。檢查主機發(fā)送一個正確的序列READ_REG_INVALIDCCS811收到一個I2C讀請求，對應(yīng)的郵箱ID是無效的。檢查主機發(fā)送目的序列MEASMODE_INVALIDCCS811收到I2C對MEAS_MODE不支持的寫模式檢查主機寫一個支持模式MAX_RESISTANCE氧化物材料不再正常運行，可能是：*壞了 *非常環(huán)境 *加熱器不操作檢查加熱器故障標(biāo)志確保傳感器在一個典型的大氣和記錄任何傳感器可能以前見過的環(huán)境 HEATER_FAULT焊接,PCB或損壞問題檢查焊接。在一個無源的板塊上5和6之間應(yīng)該有大約的38歐姆。HEATER_SUPPLY焊接或PCB的問題檢查焊接。在一

8、個無源的板塊上5和6之間應(yīng)該有大約的38歐姆。錯誤ID寄存器在下列情況下將會清空： 應(yīng)用程序軟件在I2 C接口上執(zhí)行讀取錯誤寄存器操作。 應(yīng)用軟件執(zhí)行SW_RESET序列通過給SW_RESET郵箱編寫相應(yīng)的代碼。 觸發(fā)復(fù)位功能 發(fā)出nRESET信號可能超過1錯誤標(biāo)志設(shè)置在這個寄存器，因此每次讀這個寄存器時應(yīng)用軟件應(yīng)該單獨檢查每一位。下面的例子將使用下面的偽代碼來幫助說明CCS811所必需的功能和編程。#define STATUS_REG 0x00#define MEAS_MODE_REG 0x01#define ALG_RESULT_DATA 0x02#define ENV_DATA 0x05

9、#define NTC_REG 0x06#define THRESHOLDS 0x10#define BASELINE 0x11#define HW_ID_REG 0x20#define ERROR_ID_REG 0xE0#define APP_START_REG 0xF4#define SW_RESET 0xFF#define CCS_811_ADDRESS 0x5A#define GPIO_WAKE 0x5#define DRIVE_MODE_IDLE 0x0#define DRIVE_MODE_1SEC 0x10#define DRIVE_MODE_10SEC 0x20#define D

10、RIVE_MODE_60SEC 0x30#define INTERRUPT_DRIVEN 0x8#define THRESHOLDS_ENABLED 0x4u8 i2c_buff8;bool wake_gpio_enabled = true;void i2c_write(u8 address, u8 register, u8 *tx_data_ptr, u8 length);void i2c_read(u8 address, u8 *rx_data_ptr, u8 length);void gpio_write(u8 gpio_id, u8 level);偽代碼使用全局?jǐn)?shù)組，i2c_buff，

11、來支持傳輸數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。為了便于說明，假設(shè)讀事務(wù)之前不會自動執(zhí)行設(shè)置寫。一些環(huán)境抽象這個API。I2 C功能原型基本是不言自明的： u8 address：這個參數(shù)的值是CCS811地址(CCS_811_ADDRESS)。 u8 register：這個參數(shù)是郵箱ID u8 rx_data_ptr/tx_data_ptr：指向緩沖區(qū)的指針調(diào)用函數(shù)將在那里訪問數(shù)據(jù)，寫入CCS811或存儲讀取CCS811的數(shù)據(jù)，i2c_buff在下面大部分的例子中g(shù)pio_write函數(shù)使用的主機寫GPIO輸出(輸入CCS811)邏輯高或低電平。其參數(shù)如下所述： u8 gpio_id：GPIO數(shù)寫到邏輯高或低。 u

12、8 gpio_id：0為邏輯低,1用于邏輯高。更多信息可參考如何使用它，可參考Handling nWAKE Using a GPIO文檔。為簡單起見，這例子不顯任何物理層的處理操作，例如I2C中止和超時。CCS811 I2C數(shù)據(jù)字節(jié)順序當(dāng)讀寫多個字節(jié)的用戶必須注意CCS811使用的字節(jié)順序。CCS811假定最重要級別的字節(jié)排在較小的重要性字節(jié)的前面。例如閱讀一個16位標(biāo)量值為0 x11aa，總線上值為0x11的字節(jié)出現(xiàn)在字節(jié)0 xaa之前。I2C寫事務(wù)在預(yù)期的操作模式，主機必須執(zhí)行I2C寫事務(wù)來使能和配置傳感器。當(dāng)編寫一個郵箱時，例如MEAS_MODE寄存器1 s驅(qū)動模式和中斷啟用時，用戶軟件

13、將以類似的方式執(zhí)行下面的代碼示例：i2c_buff0 = DRIVE_MODE_1SEC | INTERRUPT_DRIVEN;i2c_write(CCS_811_ADDRESS, MEAS_MODE_REG, i2c_buff, 1);如果這事務(wù)在協(xié)議分析儀看起來類似圖2所示：注意,I2C的地址占據(jù)了最重要的7位的第一個字節(jié)傳輸。最不重要的比特表明分別寫或讀一個邏輯0或邏輯1。這是一個寫，因此為什么這樣的字節(jié)為0 xb4 (i.e. 0x5A thresh_low;i2c_write(CCS_811_ADDRESS, THRESHOLDS, temp_ptr, 5);.i2c_buff0 =

14、 DRIVE_MODE_1SEC | INTERRUPT_DRIVEN | THRESHOLDS_ENABLED;i2c_write(CCS_811_ADDRESS, MEAS_MODE_REG, i2c_buff, 1);使能驅(qū)動模式之前用戶必須編程所需的低和高閾值在閾值的寄存器里。這可以通過定義和聲明threshold_reg結(jié)構(gòu)如上圖所示。它可以用于存放閾值寄存器的值。結(jié)構(gòu)的底部可以把一個指針指向字符，例如可以是i2c_write函數(shù)調(diào)用中tx_data_ptr的參數(shù)。CCS811閾值寄存器的默認值如下，如果應(yīng)用程序總是使用這些值，可以不要求寫閾值寄存器： LOW_THRESHOLD =

15、 1500ppm HIGH_THRESHOLD = 2500ppm HYSTERESIS = 50ppm如果只需要一個閾值，低和高閾值可以配置為相同的值，也可以在執(zhí)行中改變閾值寄存器。使用GPIO處理nWAKE有兩個方法處理nWAKE：1. 通常總是拉低。2. 使用GPIO動態(tài)的控制斷言和deassertion無效。當(dāng)?shù)碗娖絥WAKE信號斷言CCS811集成處理器是在運行的，將處理I2C接口上的請求。當(dāng)這個銷邏輯高CCS811進入睡眠模式,所有I2C請求被忽略。因此,當(dāng)這個信號由GPIO動態(tài)控制，它可以有效地控制CCS811能耗。在敏感的應(yīng)用程序中永不推薦nWAKE置低。if(wake_gpi

16、o_enabled)gpio_write(GPIO_WAKE, 0); / enable wakei2c_write(CCS_811_ADDRESS, STATUS_REG, i2c_buff, 0);i2c_read(CCS_811_ADDRESS, i2c_buff, 1);if(i2c_buff & 0x8) / check if data readyi2c_write(CCS_811_ADDRESS, ALG_RESULT_DATA, i2c_buff, 0);i2c_read(CCS_811_ADDRESS, i2c_buff, 4);if(wake_gpio_enabled)gpi

17、o_write(GPIO_WAKE, 1); / disable wake首先啟用nWAKE通過編寫邏輯電平零給GPIO，如果這個信號是由GPIO控制注意目前的代碼檢查。如果沒有可用的GPIO那么nWAKE必須被拉低。然后讀狀態(tài)寄存器，看看數(shù)據(jù)是否已經(jīng)準(zhǔn)備好了。當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，eCO2和TVOC結(jié)果是通過執(zhí)行讀ALG_RESULT_DATA。最后，nWAKE是禁用的。該軟件可以處理數(shù)據(jù)根據(jù)在i2c_buff位置的eCO2和TVOC的結(jié)果。禁用CCS811為了禁用傳感器和在盡可能低功耗模式（同時連接電源電壓V DD），可以用如下：if(wake_gpio_enabled)gpio_write(GP

18、IO_WAKE, 0); / enable wakei2c_buff0 = DRIVE_MODE_IDLE;i2c_write(CCS_811_ADDRESS, MEAS_MODE_REG, i2c_buff, 1);if(wake_gpio_enabled)gpio_write(GPIO_WAKE, 1); / disable wake在空閑狀態(tài)，基本上驅(qū)動代碼應(yīng)該在MEAS_MODE驅(qū)動模式禁用傳感器的讀數(shù)。nWAKE信號可以被放置在其不活動的狀態(tài)，因此任何I2C命令都不會處理。為了“捕獵”， 傳感器nWAKE應(yīng)該被定義，適當(dāng)?shù)尿?qū)動模式包括中斷，如果使用，應(yīng)該寫入MEAS_MODE。禁用傳

19、感器的另一個方法，通過編寫SW_RESET郵箱重置解鎖序列。這序列,如下面的代碼示例所示（處理為簡單起見沒有顯示nWAKE）：u8 soft_reset_code = 0x11, 0xE5, 0x72, 0x8A;i2c_write(CCS_811_ADDRESS, SW_RESET, soft_reset_code, 4);這將重置CCS811和把它放在引導(dǎo)模式，準(zhǔn)備重新編程。CCS811時間注意事項CCS811數(shù)據(jù)表CC-DS，列表的時間參數(shù),程序員必須遵守。未能滿足這些時間參數(shù)可能導(dǎo)致初始化失敗。CCS811可能在I2C上返回NAK。典型的流程是系統(tǒng)執(zhí)行一個I2C設(shè)置寫隨后很快讀I2C，

20、具體代碼示例如下：i2c_write(CCS_811_ADDRESS, STATUS_REG, i2c_buff, 0);i2c_read(CCS_811_ADDRESS, i2c_buff, 1);void i2c_write(ARGS)gpio_write(GPIO_WAKE, 0); / enable wake.I2C_WRITE_HW_REG();.gpio_write(GPIO_WAKE, 1); / disable wakevoid i2c_read(ARGS)gpio_write(GPIO_WAKE, 0); / enable wake.I2C_READ_HW_REG();.gp

21、io_write(GPIO_WAKE, 1); / disable wake上面顯示了狀態(tài)寄存器設(shè)置寫入，單個字節(jié)讀緊隨其后。注意I2C的讀和寫功能分別使用和禁用nWAKE。這樣做是盡可能的接近物理I2C事務(wù)，并實現(xiàn)能耗最小。無論如何在數(shù)據(jù)表中的時間需要遵守。例如T AWAKE被定義為50s，為確保這實現(xiàn)，提供的軟件必須至少使nWAKE延遲50s。假設(shè)我們有一個例行公事，可以利用等待(DELAY_US)，提供延遲功能，以增加微秒數(shù)：void i2c_XXXXX(ARGS) / XXXXX = read or writegpio_write(GPIO_WAKE, 0); / enable wak

22、ewait(50); / ensure TAWAKE.I2C_XXXXX_HW_REG();.gpio_write(GPIO_WAKE, 1); / disable wakeT DWAKE是20us，這是nWAKE信號在I2C和CCS811之間最小的定義時間。如果i2c_write 程序定義nWAKE，隨后i2c_read程序很快喚醒，可以打破這個時間。在 nWAKE后，為確保不違反了這個時間參數(shù)延遲程序可參見如下：void i2c_XXXXX(ARGS) / XXXXX = read or writewait(20); / ensure TDWAKEgpio_write(GPIO_WAKE,

23、 0); / enable wakewait(50); / ensure TAWAKE.I2C_XXXXX_HW_REG();.gpio_write(GPIO_WAKE, 1); / disable wake它可以放在在nWAKE定義之前，或者直接放在定義好的在I2C例行程序nWAKE中。以類似的方式在脈沖nRESET或?qū)慡W_RESET或開啟時，驅(qū)動器不能違反時間參數(shù)T START 和 T RESET要求。處理環(huán)境參數(shù)ENV_DATA(0 x05)CCS811支持補償相對濕度和環(huán)境溫度，ENV_DATA寄存器可以在每個周期更新溫度和濕度(TH)值。為了避免浮點運算，一個典型的TH傳感器將一個

24、值代表幾個數(shù)量級。例如42.348%的濕度閱讀將存儲在一個傳感器的H，結(jié)果登記為42348。CCS811支持7位域和9位分?jǐn)?shù)的濕度，緊隨其后的是7位和9位分?jǐn)?shù)溫度。Byte 0Byte 1Byte 2Byte 3Humidity High ByteHumidity Low ByteTemperature HighByteTemperature Low ByteHumidity % Humidity % FractionTemp + 25C Temp + 25C FractionTH傳感器的數(shù)據(jù)格式必須映射到ENV_DATA格式如表9所示：環(huán)境寄存器字段和字節(jié)順序。為了把濕度值放在I 2 C b

25、uffer中, i2c_buff在開始階段，用戶可以創(chuàng)建類似下面的例程程序：i2c_buff0 = (RH % 1000) / 100) 7 ? (RH/1000 + 1)1 : (RH/1000) 2 & (RH % 1000) / 100) 7 ? (TEMP/1000 + 1)1 : (TEMP/1000) 2 & (TEMP % 1000) / 100) 8)i2c_buff2 |= 1;粗體代碼負責(zé)數(shù)據(jù)表，要求寫入當(dāng)前臨時值+ 25 到ENV_DATA溫度寄存器。為了編程ENV_DATA，用戶代碼可以參考如下代碼：u32 TEMP, RH;read_temp_hum_sensor(T

26、EMP, RH);ccs811_temp_hum_convert(TEMP, RH);i2c_write(CCS_811_ADDRESS, ENV_DATA, i2c_buff, 4);ccs811_temp_hum_convert結(jié)合上面所示的兩個例子，使從RH提取的值變成CCS811 ENV_DATA寄存器所要求的格式（存儲在i2c_buff）。在此之后,用戶可以編程ENV_DATA使傳感器在正常方式使用i2c_write例行程序。如果應(yīng)用程序支持溫度或濕度補償，但不能兩者兼顧，那么對應(yīng)不支持的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)表的默認值必須寫入寄存器。用戶不能往不支持的溫度或濕度場的ENV_DATA寄存器里寫

27、0。利用NTC(0 x06)來計算溫度CCS811 AUX針連接外部信號到CCS811的一個ADC。因此可以采用帶NTC熱敏電阻的分壓器電路來實現(xiàn)，這允許用戶計算環(huán)境溫度。NTC寄存器的格式如下所示：NTC寄存器可通過I2C接口讀數(shù)據(jù)，通過如下類似的示例代碼：i2c_write(CCS_811_ADDRESS, NTC_REG, i2c_buff, 0);i2c_read(CCS_811_ADDRESS, i2c_buff, 4);基本方法是先寫再讀4個字節(jié)的數(shù)據(jù)到NTC郵箱。在AUX排針上可以得到ADC針采樣電壓。在i2c_buff返回的值可以用來計算熱敏電阻的阻值，這個方程可以計算出電阻值

28、：請參閱CC-AN Connecting an NTC Thermistor to the CCS811來獲取關(guān)于從NTC郵箱讀取的電壓值來計算溫度的詳細信息。處理BASELINE寄存器(0 x11) BASELINE寄存器可以用來保證CCS811在每次上電后運行在穩(wěn)定的和連續(xù)的狀態(tài)，不管環(huán)境空氣質(zhì)量如何（例如,如果傳感器開始在 “臟”空氣中）。當(dāng)周圍的空氣是新鮮的，使用這個機制應(yīng)用軟件必須讀取和存儲基線寄存器。當(dāng)使用CCS811所使用的格式編碼，BASELINE寄存器值對主機應(yīng)用程序是無意義的。應(yīng)用軟件只需要讀取該值并存儲在本地。不發(fā)生強制性的寫入這個寄存器，CCS811將自動配置和管理其B

29、ASELINE寄存器。BASELINE寄存器可以閱讀和存儲它的值如下：u8 baseline_reg2; / storage for baseline value in clean airif(air_is_clean(eCO2, CO2)i2c_write(CCS_811_ADDRESS, BASELINE, baseline_reg, 0);i2c_read(CCS_811_ADDRESS, baseline_reg, 4);程序?qū)⑴卸諝馐欠窀蓛?。如果是，它?zhí)行寫入BASELINE寄存器。然后讀一個2字節(jié)的參數(shù)到數(shù)組baseline_reg寄存器中。因此baseline_reg參數(shù)寫回到

30、BASELINE寄存器：i2c_write(CCS_811_ADDRESS, BASELINE, baseline_reg, 2);將baseline_reg寄存器中的2字節(jié)數(shù)據(jù)寫入CCS811的BASELINE寄存器，設(shè)置CCS811 BASELINE寄存器在干凈空氣中的電阻。它通常是每次CCS811上電傳感器已經(jīng)穩(wěn)定后被寫入。 當(dāng)CCS811MEAS_MODEDRIVE_MODE不在空閑狀態(tài)時，BASELINE寄存器才能被寫入。由于金屬氧化物傳感器有漂移，建議新的清潔BASELINE寄存器定期存儲。主機處理器字節(jié)順序為了處理eCO 2和TVOC的值，需要知道主處理器的對齊方式。前面i2c_buff加載為： i2c_buff0 = 0x01 i2c_buff1 = 0x90 i2c_buff2 =