6.ADC 模塊介紹

6.1.ADC 基礎(chǔ)知識(shí)

12 位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊（ADC），可以采樣來自于外部輸入通道、內(nèi)部輸入通道的模擬信號(hào)，采樣轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換結(jié)果可以按照最低有效位對(duì)齊或最高有效位對(duì)齊的方式保存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中。

6.2.GD32 ADC 外設(shè)原理

GD32 ADC 主要特性

? 高性能：

– ADC采樣分辨率： 12位、 10位、 8位、或者6位分辨率；

– 前置校準(zhǔn)功能；

– 可編程采樣時(shí)間；

– 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式：最高有效位對(duì)齊和最低有效位對(duì)齊；

– 支持規(guī)則數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的DMA請(qǐng)求。

? 模擬輸入通道：

– 16個(gè)外部模擬輸入通道；

– 1個(gè)內(nèi)部溫度傳感器輸入通道(VSENSE)；

– 1個(gè)內(nèi)部參考電壓輸入通道(VREFINT)。

? 轉(zhuǎn)換開始的發(fā)起：

– 軟件觸發(fā)；

– 硬件觸發(fā)。

? 轉(zhuǎn)換模式：

– 轉(zhuǎn)換單個(gè)通道，或者掃描一序列的通道；

– 單次運(yùn)行模式，每次觸發(fā)轉(zhuǎn)換一次選擇的輸入通道；

– 連續(xù)運(yùn)行模式，連續(xù)轉(zhuǎn)換所選擇的輸入通道；

– 間斷運(yùn)行模式；

– 同步模式（適用于具有兩個(gè)或多個(gè)ADC的設(shè)備）。

? 轉(zhuǎn)換結(jié)果閾值監(jiān)測(cè)器功能： 模擬看門狗。

? 中斷的產(chǎn)生：

– 常規(guī)序列轉(zhuǎn)換結(jié)束；

– 模擬看門狗事件。

? 過采樣：

– 16位的數(shù)據(jù)寄存器；

– 可調(diào)整的過采樣率，從2x到256x；

– 高達(dá)8位的可編程數(shù)據(jù)移位。

? ADC供電要求：

– 2.4V到3.6V，一般供電電壓為3.3V。

? ADC輸入范圍： VREF- ≤VIN ≤VREF+。

– VREF- : ADC 負(fù)參考電壓， VREF- = VSSA

– VREF+ : ADC 正參考電壓， 2.6 V ≤ VREF+ ≤ VDDA

ADC 結(jié)構(gòu)框圖介紹

6.3.硬件連接說明

ADC的檢測(cè)需要將輸入阻抗和采樣周期保持一定的關(guān)系，下表列出了以GD32E103為例子

6.4.軟件配置說明

查詢法

查詢法采用的是轉(zhuǎn)換單個(gè)通道，或者掃描一序列的通道，通過不斷切換通道的方式去讀取對(duì)應(yīng)通道的ADC數(shù)值。我們介紹使用庫(kù)函數(shù)來設(shè)置 ADC0 的通道來進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換的步驟，下面講解其詳細(xì)設(shè)置步驟：

開啟 GPIO口時(shí)鐘和 ADC0 時(shí)鐘，設(shè)置GPIO口為模擬輸入。

rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
 /* enable GPIOB clock */
 rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
 /* enable ADC0 clock */
rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC0);
/* config ADC clock */
rcu_adc_clock_config(RCU_CKADC_CKAPB2_DIV4);
/* enable alternate function clock */
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF); //使能 GPIO 口復(fù)用

這里需要說明一下， ADC 的通道與引腳的對(duì)應(yīng)關(guān)系在數(shù)據(jù)手冊(cè)可以查到

（1）配置 ADC 輸入時(shí)鐘分頻，模式為獨(dú)立模式，轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度以及觸發(fā)方式等

/* reset ADC */
adc_deinit(ADC0);
/* ADC mode config */
adc_mode_config(ADC_MODE_FREE); //獨(dú)立模式
/* ADC continous function enable */
adc_special_function_config(ADC0, ADC_SCAN_MODE, ENABLE)
/* ADC data alignment config */
adc_data_alignment_config(ADC0, ADC_DATAALIGN_RIGHT); //ADC 數(shù)據(jù)右對(duì)齊
adc_special_function_config(ADC0,ADC_CONTINUOUS_MODE,DISABLE);
/* ADC channel length config */
adc_channel_length_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, 1);//設(shè)置 ADC 轉(zhuǎn)換的通道數(shù)量
/* ADC trigger config */
adc_external_trigger_source_config(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL,ADC0_1_EXTTRIG_REGULAR_NONE);
//通過軟件觸發(fā) ADC 轉(zhuǎn)換
adc_external_trigger_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, ENABLE);

（2）開啟 AD 轉(zhuǎn)換器

在設(shè)置完了以上信息后，我們就開啟 AD 轉(zhuǎn)換器了

/* enable ADC interface */
adc_enable(ADC0);
delay_1ms(1);//延遲 等待穩(wěn)定
/* ADC calibration and reset calibration */
adc_calibration_enable(ADC0);//使能 ADC 校準(zhǔn)

（3）讀取 ADC 值 在上面的步驟完成后， ADC 就算準(zhǔn)備好了。所謂的查詢法就是不斷地進(jìn)行通道切換

unsigned short adc0_transfer(unsigned char adc_channel)
{
uint16_t ADC_temp;
 /* ADC regular channel config */
 adc_regular_channel_config(ADC0, 0, adc_channel, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
adc_software_trigger_enable(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL);
 while(!adc_flag_get(ADC0, ADC_FLAG_EOC));//等待轉(zhuǎn)換完成
 /* clear the end of conversion flag */
 adc_flag_clear(ADC0, ADC_FLAG_EOC);
 ADC_temp=adc_regular_data_read(ADC0);
 return ADC_temp;
}

這里還需要說明一下ADC的參考電壓，是以Vref作為參考電壓。

常規(guī)通道轉(zhuǎn)換 DMA 搬運(yùn)

通過ADC轉(zhuǎn)換，在ADC 轉(zhuǎn)換完成后 觸發(fā)DMA 進(jìn)行數(shù)據(jù)搬運(yùn)。

DMA 請(qǐng)求，可以通過設(shè)置 ADC_CTL1 寄存器的 DMA 位來使能，它用于規(guī)則組多個(gè)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 ADC 在規(guī)則組一個(gè)通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后產(chǎn)生一個(gè) DMA 請(qǐng)求， DMA 接受到請(qǐng)求后可以將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)從 ADC_RDATA 寄存器傳輸?shù)接脩糁付ǖ哪康牡刂贰?/p>

在和查詢法一節(jié)的差別，主要在于ADC 的配置方面和DMA的配置

（1）ADC 的配置

/* ADC channel length config */
 adc_channel_length_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, 4);//常規(guī)通道長(zhǎng)度配置
 /* ADC regular channel config */
 adc_regular_channel_config(ADC0, 0, ADC_CHANNEL_4, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
 adc_regular_channel_config(ADC0, 1, ADC_CHANNEL_5, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
 adc_regular_channel_config(ADC0, 2, ADC_CHANNEL_6, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
 adc_regular_channel_config(ADC0, 3, ADC_CHANNEL_7, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
 /* ADC trigger config */
adc_external_trigger_source_config(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC0_1_EXTTRIG_REGULAR_NONE);
 adc_external_trigger_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, ENABLE)；
/* ADC DMA function enable */
 adc_dma_mode_enable(ADC0);//使能 DMA 模式

 /* enable ADC interface */
 adc_enable(ADC0);
 delay_1ms(1);
 /* ADC calibration and reset calibration */
adc_calibration_enable(ADC0)；

（2）DMA的配置

 /* ADC_DMA_channel configuration */
dma_parameter_struct dma_data_parameter;
 /* ADC DMA_channel configuration */
 dma_deinit(DMA0, DMA_CH0);
 /* initialize DMA single data mode */
 dma_data_parameter.periph_addr = (uint32_t)(&ADC_RDATA(ADC0)); //外設(shè)地址
 dma_data_parameter.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;
 dma_data_parameter.memory_addr = (uint32_t)(&adc_value); //搬運(yùn)目標(biāo)地址
 dma_data_parameter.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
 dma_data_parameter.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_16BIT;
 dma_data_parameter.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_16BIT; 
 dma_data_parameter.direction = DMA_PERIPHERAL_TO_MEMORY;
 dma_data_parameter.number = 4;
 dma_data_parameter.priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
 dma_init(DMA0, DMA_CH0, &dma_data_parameter);
 /* enable DMA circulation mode */
 dma_circulation_enable(DMA0, DMA_CH0);
 /* enable DMA channel */
dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH0);

（3）觸發(fā)ADC 轉(zhuǎn)換

adc_software_trigger_enable(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL);

注入通道-中斷

在和查詢法一節(jié)的差別，主要在于ADC 的配置方面和注入通道會(huì)產(chǎn)生中斷

（1）ADC 的配置

 /* reset ADC */
 adc_deinit(ADC0);
 /* ADC mode config */
 adc_mode_config(ADC_MODE_FREE);
 /* ADC continous function enable */
 adc_special_function_config(ADC0, ADC_SCAN_MODE, ENABLE);
 /* ADC data alignment config */
 adc_data_alignment_config(ADC0, ADC_DATAALIGN_RIGHT);

 /* ADC channel length config *//注入通道配置
 adc_channel_length_config(ADC0, ADC_INSERTED_CHANNEL, 4);//注入通道長(zhǎng)度配置
 /* ADC inserted channel config */
 adc_inserted_channel_config(ADC0, 0, ADC_CHANNEL_0, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
 adc_inserted_channel_config(ADC0, 1, ADC_CHANNEL_1, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
 adc_inserted_channel_config(ADC0, 2, ADC_CHANNEL_2, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
 adc_inserted_channel_config(ADC0, 3, ADC_CHANNEL_3, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
 /* ADC trigger config */ //通過 EXTI 15 進(jìn)行觸發(fā)
 adc_external_trigger_source_config(ADC0,ADC_INSERTED_CHANNEL,ADC0_1_EXTTRIG_INSERTED_EXTI_15); 
 /* ADC external trigger enable */
 adc_external_trigger_config(ADC0, ADC_INSERTED_CHANNEL, ENABLE);
/* clear the ADC flag */
 adc_interrupt_flag_clear(ADC0, ADC_INT_FLAG_EOC);
 adc_interrupt_flag_clear(ADC0, ADC_INT_FLAG_EOIC);
 /* enable ADC interrupt */
adc_interrupt_enable(ADC0, ADC_INT_EOIC);//使能注入通道的中斷
/* enable ADC */
adc_enable(ADC0);
delay_1ms(1);
/* ADC calibration and reset calibration */
adc_calibration_enable(ADC0);

（2）ADC 注入通道轉(zhuǎn)換完成服務(wù)函數(shù)

void ADC0_1_IRQHandler(void)
{
 /* clear the ADC flag */
 adc_interrupt_flag_clear(ADC0, ADC_INT_FLAG_EOIC);//清除注入通道轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位
 /* read ADC inserted group data register */
 inserted_data[0] = adc_inserted_data_read(ADC0, ADC_INSERTED_CHANNEL_0);
 inserted_data[1] = adc_inserted_data_read(ADC0, ADC_INSERTED_CHANNEL_1);
 inserted_data[2] = adc_inserted_data_read(ADC0, ADC_INSERTED_CHANNEL_2);
 inserted_data[3] = adc_inserted_data_read(ADC0, ADC_INSERTED_CHANNEL_3);
}

6.5.ADC 使用注意事項(xiàng)

1. ADC通道的采集引腳未配置為模擬輸入，GD32要求通道IO口必須配置為模擬輸入；

2. ADC時(shí)鐘過高，ADC采樣時(shí)鐘高于ADC最高采樣時(shí)鐘獲取到的數(shù)據(jù)不具有參考意義，需要手動(dòng)分頻到合適的ADC 要求的頻率；

3. ADC采樣值偏小或不穩(wěn)定，應(yīng)該適當(dāng)?shù)慕档虯DC時(shí)鐘，加大采樣周期的值；

4. ADC的查詢法在獲取ADC數(shù)值的時(shí)候，不允許重入，即不允許在同一時(shí)間調(diào)用ADC的數(shù)據(jù)讀取函數(shù)；

5. ADC在使能之后需要進(jìn)行短暫的延時(shí)，時(shí)間周期約為2毫秒左右，以保證ADC能正常啟動(dòng)。