CKS32F4xx系列ADC單通道電壓采集的實現(xiàn)

CKS32F4xx系列

ADC單通道電壓采集

ADC可以將現(xiàn)實世界中連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、速度、光強等，轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，輸入到計算機中進行處理。按照原理不同，ADC可以分為積分型、逐次逼近型（SAR）、并行比較型、Σ-?調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。逐次逼近型（SAR）ADC由比較器和DA轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，它從最高有效MSB位開始通過逐次比較，按順序以位位單位對輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出電壓進行比較，經(jīng)過多次比較輸出相應(yīng)的數(shù)字值。逐次逼近型（SAR）ADC的電路規(guī)模屬于中等，它的優(yōu)點是速度較快、功耗低、成本適中。

ADC簡介

CKS32F4xx系列產(chǎn)品內(nèi)嵌3個12位SAR型ADC，每個ADC多達19個復(fù)用通道，可測量來自16個外部、2個內(nèi)部和VBAT通道的信號，具有獨立模式、雙重模式和三種模式，并支持單次、連續(xù)、掃描或間斷采樣模式下進行A/D轉(zhuǎn)換，對于不同AD轉(zhuǎn)換要求幾乎都有合適的模式可選，轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以按照左對齊或右對齊的方式存儲在16位數(shù)據(jù)寄存器中。下圖是CKS32F4xx系列產(chǎn)品ADC的結(jié)構(gòu)框圖，每個模塊的具體描述和技術(shù)參數(shù)可以參閱《CKS32F4xx參考手冊》。

ADC主要特性

分辨率支持12位，10位，8位，6位，可軟件配置

支持轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生中斷、包括規(guī)則通道和注入通道

支持單次、連續(xù)、間隔轉(zhuǎn)換模式

可獨立設(shè)置各通道采樣時間

規(guī)則通道轉(zhuǎn)換和注入通道轉(zhuǎn)換均有外部觸發(fā)選項，支持軟件或者硬件觸發(fā)轉(zhuǎn)換

支持模擬看門狗

支持雙重或者三重模式（具有2個或以上ADC的器件）

支持雙重或者三重模式下可配置的DMA數(shù)據(jù)存儲

可配置雙重或者三重交替采樣模式下的轉(zhuǎn)換延遲時間間隔

ADC供電要求：全速模式下為2.4V到3.6V，低速模式下為1.8V

ADC輸入電壓范圍：Vref-≤Vin≤Vref+

規(guī)則通道轉(zhuǎn)換期間可產(chǎn)生DMA請求

固件庫中與ADC相關(guān)的主要API

CKS32F4xx系列固件庫中與ADC相關(guān)的API定義在cks32f4xx_adc.h和cks32f4xx_adc.c兩個文件中，前者為頭文件，包含寄存器地址、常量定義、API函數(shù)聲明，后者為API的具體實現(xiàn)。CKS32F4xx系列產(chǎn)品最多有3個ADC，編號分別為ADC1、ADC2、ADC3，大多數(shù)API的第一個參數(shù)為ADC_TypeDef*ADCx，表示操作的ADC實體編號。下表列出了常用的API函數(shù)：

實現(xiàn)ADC單通道電壓采集

CKS32F4xx系列的ADC功能繁多，我們設(shè)計幾個實驗盡量完整的展示ADC的功能。本次課堂主要介紹比較基礎(chǔ)實用的單通道電壓采集，實現(xiàn)開發(fā)板上引腳電壓的采集并通過串口打印至PC端串口調(diào)試助手。單通道電壓采集適用AD轉(zhuǎn)換完成中斷，在中斷服務(wù)函數(shù)中讀取數(shù)據(jù)，不使用DMA傳輸，在后期多通道采集實驗中再使用DMA傳輸。相關(guān)核心代碼實現(xiàn)如下：

（1）ADC宏定義

// ADC GPIO 宏定義
#define TEMP_ADC_GPIO_PORT GPIOB
#define TEMP_ADC_GPIO_PIN GPIO_Pin_0
#define TEMP_ADC_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
// ADC 序號宏定義
#define TEMP_ADC ADC1
#define TEMP_ADC_CLK RCC_APB2Periph_ADC1
#define TEMP_ADC_CHANNEL ADC_Channel_8
// ADC 中斷宏定義
#define Temp_ADC_IRQ ADC_IRQn
#define Temp_ADC_INT_FUNCTION ADC_IRQHandler

（2）ADC GPIO初始化

static void Temp_ADC_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(TEMP_ADC_GPIO_CLK, ENABLE);// 使能 GPIO 時鐘
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TEMP_ADC_GPIO_PIN;  // 配置 IO
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;    // 配置為模擬輸入
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;  //不上拉不下拉
GPIO_Init(TEMP_ADC_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}

使用到GPIO時候都必須開啟對應(yīng)的GPIO時鐘，GPIO用于AD轉(zhuǎn)換功能必須配置為模擬輸入模式。

（3）配置ADC工作模式

static void Temp_ADC_Mode_Config(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(TEMP_ADC_CLK , ENABLE);     // 開啟ADC時鐘
 
// -------------------ADC Common 結(jié)構(gòu)體 參數(shù) 初始化------------------------
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; // 獨立ADC模式
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;// 時鐘為fpclk x分頻
ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;// 禁止DMA直接訪問模式
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_20Cycles;   // 采樣時間間隔 ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);


// -------------------ADC Init 結(jié)構(gòu)體 參數(shù) 初始化--------------------------
ADC_StructInit(&ADC_InitStructure);
ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b; // ADC 分辨率
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; // 禁止掃描模式，多通道采集才需要
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;  // 連續(xù)轉(zhuǎn)換
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//禁止外部邊沿觸發(fā)
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1; //外部觸發(fā)通道，本例子使用軟件觸發(fā)，此值隨便賦值即可
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //數(shù)據(jù)右對齊
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;         //轉(zhuǎn)換通道 1個                      
ADC_Init(TEMP_ADC, &ADC_InitStructure);


// 配置 ADC 通道轉(zhuǎn)換順序為1，第一個轉(zhuǎn)換，采樣時間為3個時鐘周期
ADC_RegularChannelConfig(TEMP_ADC, TEMP_ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_56Cycles);
// ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中讀取轉(zhuǎn)換值
ADC_ITConfig(TEMP_ADC, ADC_IT_EOC, ENABLE);
ADC_Cmd(TEMP_ADC, ENABLE);  // 使能ADC
ADC_SoftwareStartConv(TEMP_ADC);//開始ADC轉(zhuǎn)換，軟件觸發(fā)
}

首先，使用ADC_InitTypeDef和ADC_CommonInitTypeDef結(jié)構(gòu)體分別定義一個ADC初始化和ADC通用類型變量。調(diào)用RCC_APB2PeriphClockCmd()開啟ADC時鐘。接下來使用ADC_CommonInitTypeDef結(jié)構(gòu)體變量ADC_CommonInitStructure來配置ADC為獨立模式、分頻系數(shù)為2、不需要設(shè)置DMA模式、20個周期的采樣延遲，并調(diào)用ADC_CommonInit函數(shù)完成ADC通用工作環(huán)境配置。我們使用ADC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體變量ADC_InitStructure來配置ADC1為12位分辨率、單通道采集不需要掃描、啟動連續(xù)轉(zhuǎn)換、使用內(nèi)部軟件觸發(fā)無需外部觸發(fā)事件、使用右對齊數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換通道為1，并調(diào)用ADC_Init函數(shù)完成ADC1工作環(huán)境配置。

ADC_RegularChannelConfifig函數(shù)用來綁定ADC通道轉(zhuǎn)換順序和時間。它接收4個形參，第一個形參選擇ADC外設(shè)，可為ADC1、ADC2或ADC3；第二個形參通道選擇，總共可選18個通道；第三個形參為轉(zhuǎn)換順序，可選為1到16；第四個形參為采樣周期選擇，采樣周期越短，ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出周期就越短但數(shù)據(jù)精度也越低，采樣周期越長，ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出周期就越長同時數(shù)據(jù)精度越高。PC3對應(yīng)ADC通道ADC_Channel_13，這里我們選擇ADC_SampleTime_56Cycles即56周期的采樣時間。

利用ADC轉(zhuǎn)換完成中斷可以非常方便的保證我們讀取到的數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)據(jù)而不用擔心該數(shù)據(jù)可能是ADC正在轉(zhuǎn)換時“不穩(wěn)定”數(shù)據(jù)。我們使用ADC_ITConfifig函數(shù)使能ADC轉(zhuǎn)換完成中斷，并在中斷服務(wù)函數(shù)中讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。ADC_Cmd函數(shù)控制ADC轉(zhuǎn)換啟動和停止。

最后使用軟件觸發(fā)調(diào)用ADC_SoftwareStartConvCmd函數(shù)進行使能配置。

（4）在Temp_ADC_NVIC_Config函數(shù)中配置ADC轉(zhuǎn)換完成中斷的優(yōu)先級分組和優(yōu)先級。

static void Temp_ADC_NVIC_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); // 配置優(yōu)先級分組
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = Temp_ADC_IRQ;  // 配置中斷優(yōu)先級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

（5）ADC中斷服務(wù)程序

void ADC_IRQHandler(void)
{
if(ADC_GetITStatus(TEMP_ADC,ADC_IT_EOC)==SET)
{
ADC_ConvertedValue = ADC_GetConversionValue(TEMP_ADC);  // 讀取ADC的轉(zhuǎn)換值
}
ADC_ClearITPendingBit(TEMP_ADC,ADC_IT_EOC);
}

中斷服務(wù)函數(shù)一般定義在cks32f4xx_it.c文件內(nèi)，我們使能了ADC轉(zhuǎn)換完成中斷，因此在ADC轉(zhuǎn)換完成后就會進入中斷服務(wù)函數(shù)，在中斷服務(wù)函數(shù)內(nèi)直接讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在變量ADC_ConvertedValue(在main.c中定義)中。ADC_GetConversionValue函數(shù)是獲取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果值的庫函數(shù)，只有一個形參為ADC外設(shè)，可選為ADC1、ADC2或ADC3，該函數(shù)返回一個16位的ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果值。

（6）Main程序

int main(void)
{
Debug_USART_Config(); //初始化USART1
Temp_Init();
while(1)
{
   ADC_Vol =(float) ADC_ConvertedValue/4096*(float)3.3; // 讀取轉(zhuǎn)換的AD值
printf("
 The current AD value = %f V 
",ADC_Vol);     
Delay(0xffffee);  
}
}

主函數(shù)先配置調(diào)試串口相關(guān)參數(shù)，接下來調(diào)用Temp_Init函數(shù)進行ADC初始化配置并啟動ADC。在ADC中斷服務(wù)函數(shù)中把AD轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在變量ADC_ConvertedValue中，可以計算出對應(yīng)的IO口電壓值，最后把相關(guān)數(shù)據(jù)打印至串口調(diào)試助手。

審核編輯：湯梓紅