应用电路

首先测试使用的INA226模块如下图所示。
在这里插入图片描述
INA226模块原理图如下图所示。

官方手册的参考电路如下图所示。
结合上述图片以及数据手册，可知使用INA226模块时，与单片机的接线方式如下。

INA226模块	单片机
VCC	3.3V或5V
GND	GND
SCL	PB6
SDA	PB7
VBS	电路总线电压
IN+	电流流入端
IN-	电流流出端
ALE	报警引脚(未使用报警功能可不接)
A0	GND
A1	GND

程序设计

INA226.h文件如下。

#ifndef __INA226_H
#define __INA226_H
#include "sys.h"#define READ_ADDR                  0x81	 //A0=GND，A1=GND // R=1, W=0
#define WRITE_ADDR                 0x80#define Config_Reg                 0x00
#define Shunt_V_Reg                0x01
#define Bus_V_Reg                  0x02
#define Power_Reg                  0x03
#define Current_Reg                0x04
#define Calib_Reg                  0x05
#define Mask_En_Reg                0x06
#define Alert_Reg                  0x07
#define Man_ID_Reg                 0xFE  //0x5449
#define ID_Reg                     0xFF  //0x2260u16 INA226_Read2Byte(u8 reg_addr);
u8 INA226_Write2Byte(u8 reg_addr,u16 reg_data);
void INA226_Init(void);#endif

INA226.c文件如下。

#include "INA226.h"
#include "myiic.h"
#include "delay.h"u16 INA226_Read2Byte(u8 reg_addr)
{u16 reg_data=0;u16 temp=0;IIC_Start();IIC_Send_Byte(WRITE_ADDR);if(IIC_Wait_Ack())return 0;IIC_Send_Byte(reg_addr);   if(IIC_Wait_Ack())return 0;IIC_Start();IIC_Send_Byte(READ_ADDR);if(IIC_Wait_Ack())return 0;reg_data= IIC_Read_Byte(1);reg_data=(reg_data<<8)&0xFF00;temp=IIC_Read_Byte(0);IIC_Stop();reg_data|=temp;return reg_data;
}u8 INA226_Write2Byte(u8 reg_addr,u16 reg_data)
{        u8 data_high=(u8)((reg_data&0xFF00)>>8);u8 data_low=(u8)reg_data&0x00FF;IIC_Start();IIC_Send_Byte(WRITE_ADDR);   if(IIC_Wait_Ack())return 0;IIC_Send_Byte(reg_addr );    if(IIC_Wait_Ack())return 0;        IIC_Send_Byte(data_high);if(IIC_Wait_Ack())return 0;        IIC_Send_Byte(data_low);if(IIC_Wait_Ack())return 0;                 IIC_Stop();delay_ms(2);return 1;
}void INA226_Init(void)
{INA226_Write2Byte(Config_Reg, 0x4527);//0100_010_100_100_111 //16次平均,1.1ms,1.1ms,连续测量分流电压和总线电压INA226_Write2Byte(Calib_Reg, 0x0A00);
}

其中myiic.h、delay.h均使用的是正点原子F3系列开发板的程序。

通信部分直接参考数据手册中的时序图即可，主要是在INA226_Init()函数中，写入Configuration Register的数据为0x4527，该值所代表的参数已经在注释中给出，读者想修改的话参考数据手册寄存器定义表格即可。而写入Calibration Register的数据需要根据实际电路中的采样电阻阻值以及电流分辨率来设置。
比如，在此次测试的INA226模块中使用的贴片采样电阻为R100，即0.1欧。
根据数据手册中的公式1和公式2。
在这里插入图片描述
因为Shunt Voltage Register的值最大为0x7FFF，LSB=2.5uV， FSR = 81.92mV。
又因为分流电阻阻值为0.1欧，所以最大电流为819.2mA。(注意这个问题，避免在实际使用中出现的超量程情况，以至得出错误测量数据)

所以Maximum Expected Current的值不能超过819.2mA。

假设Current_LSB = 0.02mA，则Maximum Expected Current = 655.36mA，满足上述条件。
则CAL = 0.00512/(0.02*0.1)*1000 = 2560= 0x0A00。
所以最后写入Calibration Register中的数据为0x0A00。

最后就可以直接使用了。
在源文件中，笔者没有对各种获取测量参数的函数进行封装，而是在主程序中直接读取数据后转换成对应测量数据。具体程序如下。

printf("data=%-5d, Bus_V  =%f mV\r\n", INA226_Read2Byte(Bus_V_Reg),INA226_Read2Byte(Bus_V_Reg)*1.25);
printf("data=%-5d, Shunt_V=%f mV\r\n", INA226_Read2Byte(Shunt_V_Reg),INA226_Read2Byte(Shunt_V_Reg)*2.5*0.001);
printf("data=%-5d, Curent =%f mA\r\n", INA226_Read2Byte(Current_Reg),INA226_Read2Byte(Current_Reg)*0.02);
printf("data=%-5d, Power  =%f mW\r\n", INA226_Read2Byte(Power_Reg),INA226_Read2Byte(Power_Reg)*0.02*25);

关于数据转换中所用到的参数，在INA226的数据手册中可以找到。
Bus Voltage Register的 LSB = 1.25mV，FSR = 0x7FFF。
Shunt Voltage Register 的 LSB = 2.5uV，FSR = 0x7FFF。
Current Register 的 LSB = 0.02mA，FSR = 0x7FFF。
Power Register 的 LSB = Current_LSB * 25，FSR = 0xFFFF。

补充关于Alert引脚的使用

INA226的Alert引脚使用其实很简单，数据手册里关于Alert的描述是 Multi-functional alert, open-drain output。该芯片总共有五种报警功能：Shunt Voltage Over-Limit(SOL)、Shunt Voltage Under-Limit (SUL)、Bus Voltage Over-Limit(BOL)、Bus Voltage Under-limit(BUL)、Power Over-Limit(POL)。
因为该引脚是开漏输出，所以使用该引脚时，需要接入上拉电阻上拉到VS。
设置报警功能时，涉及到两个寄存器：Mask/Enable Register(06h)、Alert Limit Register(07h)。

首先介绍Mask/Enable Register(06h)。
在这里插入图片描述
该寄存器的D15-D11对应了五种报警功能的使能，要使用哪种报警功能时，只需在对应位写入1。
APOL(D1)是用于设置Alert pin的输出极性的，LEN(D0)是用于设置报警引脚和报警标志位在报警消失后是否保持有效的。该寄存器的其他位就不做介绍了，详见数据手册。

比如，数据手册中的典型应用，Alert pin被设置成在Shunt Voltage超过80mV时报警。所以根据Shunt Voltage的LSB=2.5uV，算出写入Alert Limit Register的数值为80000/2.5=32000=7D00h。再根据采样电阻的阻值大小，可计算出超限报警电流是多少。比如典型应用中的采样电阻为2毫欧，算出报警电流为40A。

补充使用多个INA226的方法

标准IIC协议可以实现一个主机同多个从机通信。当我们需要一个单片机同时使用多个INA226时，一是可以使用不同引脚配置多个软件IIC，二是使用其从机地址配置功能。
INA226可以通过A0、A1引脚，来配置从机地址，其官方手册中的从机地址配置表格如下。
在这里插入图片描述
比如，在本次测试中，INA226的A0引脚接GND，A1引脚接GND，则其IIC从机地址为1000_000，该字节的最后一比特由通信时是读操作还是写操作决定，读时是1，写时是0。故其读操作时的地址为0x81，写操作时的地址为0x80，对应到程序中代码如下。

#define READ_ADDR                  0x81	 //A0=GND，A1=GND // R=1, W=0
#define WRITE_ADDR                 0x80

使用多个INA226时，只需要配置每个INA226的A0、A1的电平，保证每个INA226的Slave Address不同，然后使用不同的READ_ADDR和WRITE_ADDR访问不同的INA226。

模块测试

按照上面的接线方式表格接好INA226模块的连线。
最后实物接线图如下。
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使用学生稳压电源对测量回路供电，使用4位半万用表测量回路电流以及总线电压。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
使用串口助手接收并显示测量数据。

因为手上只有一个万用表，所以无法在测量电流时，同时测量总线电压。下面就单独测量一次总线电压，测量结果如下。

总结

多次测量发现，若以万用表所测电流数据为真实值，那么INA226模块所测电流值接近真实值，在随着电流数据增大时，误差可能会增大。在实际使用中，可以改变采样电阻的阻值大小，进而改变电流的量程，从而改变其分辨率。如觉得本次测量中的模块电流量程太小需要扩大量程，可以减小采样电阻的阻值，但是这样会导致电流分辨率的下降。

在本次测试中，还存在总线电压测不准以及数据不稳定的情况，导致功率测量值不准，不知道是不是测试方法错误，还是什么问题(后面笔者已经找出问题原因，并记录在本文后续中)，欢迎大家与笔者交流讨论。

INA226完整驱动程序上面已经给出，可以直接进行移植，若嫌麻烦可以下载工程文件。
INA226完整工程文件

后续

前面说到之前做测试的时候测的总线电压不准的情况，后来思来想去觉得TI的芯片不可能这么拉胯，于是重新看一遍模块原理图，发现模块的电流流出端IN-没有和官方原理框图一样与GND连接起来。所以我又重新做了一遍测试，但是笔者还是保留了博客之前记录的测试结果以作为警醒。
使用跳线将IN-端与GND连接起来。
在这里插入图片描述
排除错误后的测试结果如下。
INA226测量数据。

总线电压(Bus_V)万用表测量值。

可以看出INA226测量值虽与万用表测量值有误差，但是两者的误差不大且INA226出来的数据也是比较稳定的。分析此次出现错误的原因，是笔者在先看官方手册的原理框图后先入为主了，没有详细对比实际模块的原理图与PCB，进而导致这次的问题。希望笔者以此作为警醒，以后尽量避免这类似的错误，多多积累经验，早日成为大佬。