灵动微课堂 (第127讲) | 基于MM32 MCU的OS移植与应用——AMetal ADC采样配置

`ADC，Analog-to-Digital Converter的缩写，是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字信号，ADC能够将模拟信号转换成数字信号。MM32L073有一个ADC，具有以下特征：

• 最高12位可编程分辨率的 SAR ADC，多达10路外部输入通道和2路内部信号源
  
• 高达1Msps转换速率
  
• 支持多种工作模式：
  
  

    ▷ 单次转换模式：A/D 转换在指定通道完成一次转换
    ▷ 单周期扫描模式：A/D 转换在所有指定通道完成一个周期 (从低序号通道到高序号通道) 转换
    ▷ 连续扫描模式：A/D 转换连续执行单周期扫描模式直到软件停止A/D转换

• 通道采样时间，分辨率可软件配置
  
• 支持 DMA 传输
  
• A/D 转换开始条件：
  
  

    ▷ 软件启动
    ▷ 外部触发启动
    ▷ timer 匹配

• 转换结果支持左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器
  
• 模拟看门狗，转换结果可和指定的值相比较，当转换值和设定值相匹配时，用户可设定是否产生中断请求
  
• ADC供电要求：2.5V-5.5V
  
  

AMetal平台已经为客户封装好了相关的函数，用户根据实际项目需求直接用相关函数即可。要读取电压值，需要经过这几个步骤：读取指定通道的 ADC 转换值、对转换值做均值处理、获取转换精度、获取 ADC 参考电压、计算出转换值对应的电压值。

01
初始化

AMetal平台提供了ADC初始化函数，可以直接调用初始化函数。函数原型为：

am_adc_handle_t am_mm32l073_adc_inst_init(void);

该函数在user_config目录下的am_hwconf_mm32l073_adc.c文件中定义，在am_mm32l073_inst_init.h中声明。因此使用ADC初始化函数时，需要包含头文件am_mm32l073_inst_init.h。

调用该函数初始化ADC时，需要定义一个am_adc_handle_t类型的变量，用于保存获取的ADC服务句柄，ADC初始化程序为：

am_adc_handle_t adc_handle;
adc_handle = am_mm32l073_adc_inst_init();

使用前，一般需要修改引脚初始化函数；以ADC通道0为例，ADC_IN0为PIOA_0的复用功能，需把ADC平台初始化函数的更改为：

static void __zlg_plfm_adc_init (void)
{
  am_gpio_pin_cfg(PIOA_0, PIOA_0_ADC_IN0 | PIOA_0_AIN);
  am_clk_enable(CLK_ADC1);
}

把解除ADC平台初始化函数的更改为：

static void __zlg_plfm_adc_deinit (void)
{
  am_gpio_pin_cfg(PIOA_0, PIOA_0_INPUT_FLOAT);
  am_clk_disable (CLK_ADC1);
}

如需修改ADC的参考电压和转换精度等信息，可以直接调用宏。

宏名	转换精度
AMHW_ZLG_ADC_DATA_VALID_8BIT	8位
AMHW_ZLG_ADC_DATA_VALID_9BIT	9位
AMHW_ZLG_ADC_DATA_VALID_10BIT	10位
AMHW_ZLG_ADC_DATA_VALID_11BIT	11位
AMHW_ZLG_ADC_DATA_VALID_12BIT	12位

AMetal提供了5个ADC相关的接口函数。

函数原型	功能简介
int am_adc_rate_get(am_adc_handle_t handle, int chan, uint32_t *p_rate);	获取ADC通道的采样率
int am_adc_rate_set(am_adc_handle_t handle, int chan, uint32_t rate);	设置ADC通道的采样率
int am_adc_vref_get(am_adc_handle_t handle, int chan);	获取参考电压
int am_adc_bits_get(am_adc_handle_t handle, int chan);	获取ADC通道的转换位数
int am_adc_read_mv(am_adc_handle_t handle,int chan,am_adc_val_t *p_mv,uint32_t count);	读取指定通道的电压值

02
获取ADC通道的采样率

获取当前ADC通道的采样率。其函数原型为：

int am_adc_rate_get(
                    am_adc_handle_t handle,  // ADC 实例句柄
                    int chan,                // ADC 通道
                    uint32_t *p_rate);       // 用于获取采样率的指针
获取到的采样率的单位为Samples/s。如果返回AM_OK，说明获取成功；如果返回-AM_EINVAL，说明因参数无效导致获取失败。

uint32_t rate;                          // 定义用于保存获取的采样率值的变量
am_adc_rate_get(adc0_handle, 7, &rate); // 获取 ADC0通道7的采样率

参数无效是由于handle不是标准的ADChandle或者通道号不支持造成的。




03
设置ADC通道的采样率

设置ADC通道的采样率。实际采样率可能与设置的采样率存在差异，实际采样率可由am_adc_rate_get()函数获取。注意，在一个ADC中，所有通道的采样率往往是一样的，因此设置其中一个通道的采样率时，可能会影响其它通道的采样率。其函数原型为：

int am_adc_rate_set (
                     am_adc_handle_t handle,             // ADC 实例句柄
                     int chan,                           // ADC 通道
                     uint32_t rate);                     // 设置的采样率，单位 Samples/s

如果返回 AM_OK，说明设置成功；如果返回-AM_EINVAL，说明因参数无效导致设置失败，其相应的代码如下：
am_adc_rate_set(adc0_handle,7,1000000);//设置ADC0通道7的采样率为1Msamples/s




04
获取ADC通道的参考电压

获取ADC通道的参考电压，其函数原型为：

int am_adc_vref_get(
                    am_adc_handle_t handle, // ADC 实例句柄
                    int chan); // ADC 通道

如果返回值大于0，表示获取成功，其值即为参考电压（单位：mV）；如果返回-AM_EINVAL，说明因参数无效导致获取失败，其相应的代码如下：

int vref = am_adc_vref_get(adc0_handle, 7); // 获取通道 7 的参考电压
if (vref < 0 )
{
  // 获取失败
}




05
获取ADC通道的转换位数

获取ADC通道的转换位数，其函数原型为：

int am_adc_bits_get(
                    am_adc_handle_t handle,     // ADC 实例句柄
                    int chan);                  // ADC 通道

如果返回值大于0，表示获取成功，其值即为转换位数；如果返回-AM_EINVAL，说明因参数无效导致获取失败，其相应的代码如下：

int bits =am_adc_bits_get(adc0_handle, 7);  // 获取通道7的转换位数
if (bits < 0 )
{
  // 获取失败
}




06
读取指定通道的电压值

直接读取ADC通道的电压值（单位：mV），该函数会等到电压值读取完毕后返回。其函数原型为：

int am_adc_read_mv(
                   am_adc_handle_t handle,   // ADC实例句柄
                   int chan,                 // ADC 通道
                   am_adc_val_t *p_mv,       // 存放电压值的缓冲区
                   uint32_t length);         // 缓冲区的长度

其中 p_mv 是指向存放电压值的缓冲区，类型am_adc_val_t在am_adc.h中定义，即：typedef uint32_t am_adc_val_t;length 表示缓冲区的长度，决定了实际获取电压值的个数。如果返回AM_OK，表示读取通道电压值成功，相应缓冲区中已经填充好了读取到的电压值；如果返回-AM_EINVAL，说明因参数无效导致获取失败。其相应的代码如下：

am_adc_val_t vol_buf[10];                   // 存放电压值的缓冲区
am_adc_read_mv(adc0_handle, 7, vol_buf,10); // 读取ADC0通道7对应引脚的10次电压值




07
应用实例

在使用过程中，我们需要通过多次采样然后取平均值来减小误差，读取ADC采样值的函数原型为：

int am_adc_read (am_adc_handle_t handle,
                 int chan,
                 void *p_val,
                 uint32_t length);

• handle 为ADC的服务句柄
  
• chan 为ADC的通道编号
  
• p_val 指向保存采样值的数组
  
• length 代表着采样的次数
  
  

采样完成后，我们需把p_val指向的数组里的值加起来，除以length，来得到多次采样的平均值：

for (sum = 0, i = 0; i < length; i++)
{
  sum += p_val ;
}
sum /= length;

得到平均值后，可用 AM_ADC_VAL_TO_MV()将它装换为电压值：

adc_mv = AM_ADC_VAL_TO_MV(handle, chan,adc_code);

其中adc_mv为保存电压值的变量；handle为ADC的服务句柄；chan为ADC的通道编号；adc_code为多次采样额平均值。

每隔500ms读取ADC通道0的电压值并通过串口打印的应用范例如下：

#include "ametal.h"
#include "am_vdebug.h"
#include "am_delay.h"
#include "am_adc.h"
#include "am_mm32l073_inst_init.h"
static uint32_t __adc_code_get (am_adc_handle_t handle, int chan) //获取ADC转换值
{
  int i;
  uint32_t sum;
  uint16_t val_buf[12];
  am_adc_read(handle, chan, val_buf,12);
  for (sum = 0, i = 0; i <12; i++)                               // 均值处理
  {
    sum += val_buf;
  }
  return (sum /12);
}

void am_main ()
{
  am_adc_handle_t handle=am_mm32l073_adc_inst_init();
  int adc_bits = am_adc_bits_get(handle , 1);                  // 获取ADC转换精度
  int adc_vref = am_adc_vref_get(handle , 1);

  uint32_t adc_code;                                           // 采样 Code 值
  uint32_t adc_mv;                                             // 采样电压

  am_kprintf("The ADC value channel is %d:
",1);

  if (adc_bits < 0 || adc_bits >= 32)
  {
    am_kprintf("The ADC channel is error, Please check!
");
    return;
  }

  AM_DBG_INFO("demo mm32l073_core std adc int!
");
  while (1)
  {
    adc_code = __adc_code_get(handle, 1);
    adc_mv = AM_ADC_VAL_TO_MV(handle, 1,adc_code);             //转换为 mv
    /* 串口输出采样电压值 */
    am_kprintf("Sample : %d, Vol: %d mv
",adc_code,adc_mv);
    am_mdelay(500);
  }
}




08
测试结果

`

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