本帖最后由 suyong_yq 于 2015-5-23 15:35 编辑
最简单的ADC应用实例：
软件触发轮询采样片上温度传感器2015-05
【概述】
【ADC通用应用模型】
【配置阶段】
【使用阶段】
【在KL26上接地气】
【总结】
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【概述】
大多数Kinetis芯片上使用的ADC都是SAR ADC（successive approximation ADC），例如我们熟悉的K60， K64， KL25及最近在社区里比较火的KL26。这个SAR ADC是一个非常好用的模块，一方面是说它在功能上可以很容易地执行模拟量到数字量的转换，但如果你深入了解一下这个ADC模块的软件编程模型，就会发现其中无处不体现着设计模型的经典。在下文中，我们将统一使用“KL26的ADC”指代我们今天要了解的这个漂亮的小东西。
当然，在这个文档里，我们的重点在于如何以最快、最简便和最好用的方式将这个ADC模块添加到应用程序当中，至于这个ADC经典的编程模型，以后我们还会在合适的时间详细讨论。对于忙碌的嵌入式软件工程师来讲，有太多的原理图要看，要写很多关于项目的程序和文档，实在没有时间去深究芯片内部一个功能模块的奥妙，好吧，那么我们这篇文档就有意义了，因为，因为通过这篇文档就是提供了一个“快餐”式的说明，能用起来就OK。
【ADC通用应用模型】
在单片机中使用任何一款ADC, 不论是哪家公司设计的IP，对ADC应用的模型基本上是相似的，主要包含两个阶段：配置阶段和使用阶段。呵呵，这里是有点废话了，因为所有的IP模块几乎都是以这两个阶段进行编程的。当我们要在应用程序中使用这些ADC的时候，只要对号入座，找到相应的代码填写到程序中即可。
【配置阶段】
对于一般的ADC来讲，配置阶段要做哪些必要的工作呢？
· 参考电压源。从ADC转换的本质来看，无非是拿外部采样回来的模拟信号同参考电压进行比较，“我是你的几分之几”，最终得到一个量化的参考值。在这个比较过程中，比较的次数就对应着转换的分辨率，然而，能执行更多次比较的关键在于ADC内部能够对参考电压进行细分，从而能够提供精细的分辨粒度。
· 驱动时钟。这是单片机上所有模块都必须的，要驱动数字系统工作。通常情况下，单片机会将某个总线上的时钟引出来一条信号线连接到模块上，如果模块内部希望调整这个时钟，还可以设计一个分频因子的选项，将这个从总线上引出来的时钟信号分频后再输入到模块里。同时，为了低功耗应用的需求（公共使用的总线时钟可能被停掉以降低功耗），模块内部也可以专门设计一个独立的时钟。
· 分辨率。分辨率之于ADC，就如波特率之于串行总线通信类的模块一样，标识了ADC模块的工作性能。
至于其它的功能，各家实现的ADC都有自己的特点，比如说对齐方式、单端差分、硬件平均、比较触发等等，都属于附加功能，用起来可以提升某些应用的性能，不用的话软件也可以搞定。
总之，只要选择好参考电压源、驱动时钟和分辨率，ADC基本上就可以工作了。如果你要跟我抬杠的话，好吧，供电和引脚也要考虑到。
【使用阶段】
那么使用阶段呢？
对于ADC来讲，使用ADC就是要读到ADC的转换值，至于怎么才能读到，大体上要考虑两个点：
· 触发方式。毕竟是集成在数字系统中，ADC不会自己无休无止地执行转换，否则芯片会转到火爆，ADC只有在需要的情况下才勉为其难地执行那么一次转换，所以你安排什么人适时地踹它一脚，叫它起来工作，一个任务做晚之后，它又会自动懒在那里。怎么感觉跟猪有点像，哈哈，不踹它就不运动。
· 多通道复用转换器。基于ADC是触发式地工作方式，通常多会将一个转换器复用给多个输入通道，每次在触发时指定转换哪个输入通道的电压值，这样会为芯片制造解决节约很多成本，不需要为每个引脚都安排一个专门的转换器。
【在KL26上接地气】
前面我们已经了解到ADC工作的一般模型，那么在使用KL26的ADC时，只要对号入座就可以了。在文档中贴出了代码，大家一看就明白，多余的话我就不再多说了（为什么要用“再”呢？）。
- #include "app_inc.h"
- #include "fsl_device_registers.h"
- #define APP_ADC_IDX 0U
- #define APP_ADC_CONV_CMD_GROUP_IDX 0U
- #define APP_ADC_CONV_CHN 26U /* Internal thermal sensor channel. */
- static const ADC_ConverterConfig_T gAdcConverterConfigStruct =
- {
- .RefVoltSource = eADC_RefVoltSource_VREF,
- .ClkSource = eADC_ClkSource_ASYNCCLK,
- .ClkDivider = eADC_ClkDivider_1,
- .SampleMode = eADC_SampleSingle_12Bit,
- .HwAverageSampleMode = eADC_HwAverageSampleDisable,
- .enContiConvMode = false
- };
- /*
- static ADC_ConvCmd_T gAdcConvCmdStruct =
- {
- .enIntOnComplete = false,
- .enDiffConv = false,
- .ChnIdx = APP_ADC_CONV_CHN
- };
- */
- static void init_ADC(void);
- int main(void)
- {
- uint16_t adc_value;
- init_board();
-
- printf("\r\nHello, Board.\r\n");
- printf("Compiled at %s on %s\r\n", __TIME__, __DATE__);
-
- printf("initialization ...\r\n");
- init_ADC();
- printf("system ready.\r\n");
- /* ADC auto calibration. */
- if (!ADC_ExecAutoCalibration(APP_ADC_IDX))
- {
- printf("ADC_ExecAutoCalibration() failed!\r\n");
- }
- else
- {
- printf("ADC_ExecAutoCalibration() done.\r\n");
- }
- while (1)
- {
- printf("\r\nPress any key to trigger the ADC conversion and get value ...\r\n");
- getchar();
- /*
- ADC_ExecConvCmd(APP_ADC_IDX, APP_ADC_CONV_CMD_GROUP_IDX, &gAdcConvCmdStruct);
- ADC_WaitConvCmdDone(APP_ADC_IDX, APP_ADC_CONV_CMD_GROUP_IDX);
- adc_value = ADC_GetConvValue(APP_ADC_IDX, APP_ADC_CONV_CMD_GROUP_IDX);
- */
- adc_value = ADC_GetConvSingleEndValueBlocking(APP_ADC_IDX, APP_ADC_CONV_CMD_GROUP_IDX, APP_ADC_CONV_CHN);
- printf("Internal thermal ADC value: %d \r\n", adc_value);
- }
- }
- static void init_ADC(void)
- {
- /* Clock. */
- SIM_EnableClockForADC(APP_ADC_IDX, true);
- /* Pin mux. */
- /* No need, since using internal sensor. */
- /* Configuration. */
- ADC_ResetConverter(APP_ADC_IDX);
- ADC_ConfigConverter(APP_ADC_IDX, &gAdcConverterConfigStruct);
- }
- /* EOF. */
下载运行后，在终端输出的log如下所示： 图0
此处仅列举几个要点：
· 自动校准转换器。对于KL26的ADC，在配置阶段有个特别的要求，就是要执行一下自动校准，对ADC转换器进行调校，虽然也可以手动触发自动校准过程（ADC_GetAutoCalibration）并写数（ADC_SetCalibration），但是既然在硬件上提供了自动校准的机制，不用白不用，省掉我们一部分的麻烦。为此，我专门封装了一次性搞定自动校准的API，ADC_ExecAutoCalibration。
· 软件触发。当KL26的ADC被配置为软件触发时，使用的是“命令式”触发，一旦更新转换通道，向SC1[0]寄存器写数，就会触发一次新的转换。具体地，可以通过调用ADC_ExecConvCmd进行软件触发。
· 封装API。尽管也提供了比较灵活地专门用于软件触发（ADC_ExecConvCmd）、等待转换完成（ADC_WaitConvCmdDone）和读取数据（ADC_GetConvValue）的API，但考虑到这几个函数在比较简单的应用中经常会连在一起用，所以我又把它们3个封装成一个可以直接获取转换结果的API（ADC_GetConvSingleEndValueBlocking）
另外，采样对象上，我设定为转换ADC内部一个温度传感器的值。哈哈，KL26上的ADC确实提供了这么一个信号源，通过26号通道输入，不用任何外部连接就可以完成我们的实验。
图1
这个时候玩家们可能会想自己动手改造一下样例程序，把YL-KL26Z板子上那个大大的电位器用起来玩耍一番。 图2
小case，只要改变一下采样通道即可。 图3
在代码中将“APP_ADC_CONV_CHN”值改为“0”即可 图4
不过看样子还需要重新设定一下pin mux，也不是麻烦事。在init_ADC()函数中新增配置PTE20复用功能为ADC的语句：
- /* Pin mux. */
- PORTE->PCR[0] = PORT_PCR_MUX(0);
在应用程序中直接访问芯片的功能寄存器是比较暴力的做法，我不是很推荐使用，此处仅仅作为快速演示才勉强用一下，若是在工程代码里，这里必须要在bsp_config.h/.c中封装一个专门的函数才能在应用程序中调用。
为了能让应用程序找到寄存器，还需要额外地在main.c中包含寄存器定义文件。
- #include "fsl_device_registers.h"
编译OK，下载OK，运行后在终端输出log如下： 图5
看着这张图，童鞋们是不是能想象到我在转动电位器的场景呢。
【总结】
在本文档中，首先说明了使用ADC编程的一般概念，将对ADC的编程过程归类为配置阶段和使用阶段。在配置过程中，需要关注三个必要的内容：参考电压源、模块工作的时钟信号源及ADC采样的分辨率。在转换过程中，需要关注触发方式及了解多通道复用转换器的实现内容。在将这些概念套用到KL26的具体程序中，仅仅使用：ADC_ConfigConverter、ADC_ExecAutoCalibration和ADC_GetConvSingleEndValueBlocking就能够实现一个最简单的ADC采样功能，并演示了如何采样ADC内部温度寄存器和YL-KL26Z开发板上的电位器的实例。
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发表于 2015-5-23 15:31:22
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