RT-Thread記錄（十四、I/O 設(shè)備模型之ADC設(shè)備）

RT-Thread ADC 設(shè)備學(xué)習(xí)使用

目錄

前言

一、ADC 采樣基礎(chǔ)

• 1.1 ADC 通道
• 1.2 ADC 分辨率
• 1.3 ADC 采樣計(jì)算

二、ADC 設(shè)備操作函數(shù)

• 2.1 查找 ADC 設(shè)備
• 2.2 使能/關(guān)閉 ADC 通道
• 2.3 讀取采樣值

三、ADC 設(shè)備示例

• 3.1 ADC 設(shè)備使用步驟
• 3.2 測(cè)試

結(jié)語

前言

我曾經(jīng)考慮過把 RT-Thread 常用的設(shè)備都寫完，其實(shí)通過前面的《全面認(rèn)識(shí) RT-Thread I/O 設(shè)備模型》文章學(xué)習(xí)，以及 UART 和 PIN設(shè)備的學(xué)習(xí)分析，對(duì)于 RT-Thread 其他的一些設(shè)備 自己看資料基本都可以用起來了，都是同樣的思路，自己寫寫程序測(cè)試都可以用起來了。

再加上 RT-Thread 有很多軟件包，正真的我們實(shí)際的普通應(yīng)用中需要自己寫的也不會(huì)太多（除非你使用的設(shè)備傳感器是小眾品牌或者新品，那根據(jù)前面文章也刻意自己嘗試把驅(qū)動(dòng)寫好），所以我再簡(jiǎn)單的測(cè)試幾個(gè)典型的設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動(dòng)篇也就算更新完了。

本文相對(duì)比較輕松，測(cè)試一下簡(jiǎn)單的 ADC 設(shè)備。

??
本 RT-Thread 專欄記錄的開發(fā)環(huán)境：
RT-Thread記錄（一、RT-Thread 版本、RT-Thread Studio開發(fā)環(huán)境 及 配合CubeMX開發(fā)快速上手）
RT-Thread記錄（二、RT-Thread內(nèi)核啟動(dòng)流程 — 啟動(dòng)文件和源碼分析）
??
RT-Thread 設(shè)備篇系列博文鏈接：
RT-Thread記錄（十、全面認(rèn)識(shí) RT-Thread I/O 設(shè)備模型）
RT-Thread記錄（十一、I/O 設(shè)備模型之UART設(shè)備 — 源碼解析）
RT-Thread記錄（十二、I/O 設(shè)備模型之UART設(shè)備 — 使用測(cè)試）
RT-Thread記錄（十三、I/O 設(shè)備模型之PIN設(shè)備）

一、ADC 采樣基礎(chǔ)

ADC(Analog-to-Digital Converter) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，比較簡(jiǎn)單。在我們測(cè)試之前簡(jiǎn)單的說明 ADC 使用的幾個(gè)基本點(diǎn)：

1.1 ADC 通道

對(duì)于現(xiàn)在的 MCU 來說，一般都有 ADC 引腳，將需要檢測(cè)的模擬量連接至對(duì)應(yīng)的 IO 口，做好配置就能使用，對(duì)于我們測(cè)試使用的 STM32 來說，其 ADC 通道對(duì)應(yīng)關(guān)系我在以前 STM32 筆記文章中有過記錄，如下表格：

1.2 ADC 分辨率

分辨率以二進(jìn)制（或十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)來表示，一般有8位、10位、12位、16位等。

對(duì)于我們測(cè)試使用的 STM32F1xx 系列的芯片來說，他們的 ADC 最大支持12位，這個(gè)在 STM32 芯片手冊(cè)中可以看到：

截圖是為了說明很多資料其實(shí)都是官方文檔中會(huì)說明，當(dāng)然官方文檔是英文版本的，再次聲明一下，學(xué)習(xí)一個(gè)芯片最好的資料就是官方文檔 。

很多常見的問題你或許可以網(wǎng)上搜索就能找到，但是如果一個(gè)新的芯片，網(wǎng)上參考資料少，你得想起來官方文檔！

分辨率是什么概念?

比如一個(gè)ADC設(shè)置為 12 位的分辨率，2 的12 次方 = 4096，簡(jiǎn)單來說就是這個(gè) ADC 設(shè)備把他的量程分為 4096 份：0 ~ 4095 最大值 4095 就等于他量程的最大值。
一般來說我們使用 STM32 VDDA引腳都是直接連接3.3V，所以STM32 ADC的量程為 0~ 3.3V 。如果讀到 4095 的ADC 值，就表示讀到的電壓為 3.3V 。

至于12位分辨率是除 4095 還是 4096 ，這個(gè)其實(shí)網(wǎng)上各有說法，用 4095 的可能占大多數(shù)，實(shí)際上結(jié)果相差不大。

1.3 ADC 采樣計(jì)算

我們 ADC 讀取到的是數(shù)字量，數(shù)字量表示并不直觀，所以一般我們最終還是要轉(zhuǎn)化成模擬量，轉(zhuǎn)化的公式在以前 STM32 使用記錄文章中也有過，如下圖：

根據(jù)上文說明，只要在電路設(shè)計(jì)的時(shí)候 STM32 的 VDDA 引腳是直接與3.3V 連接的，就可以用如下公式計(jì)算：

最終讀出的電壓值 = VDDA（一般來說是3.3V）* 讀到的 ADC 的值（理解為實(shí)際讀到了多少份）/ 4095 (12位分辨率)。

二、ADC 設(shè)備操作函數(shù)

從本文開始我們就不分析設(shè)備的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理了，前面的 UART 和 PIN 設(shè)備已經(jīng)很透徹了，感興趣大家都可以自己查看源碼分析。

ADC設(shè)備操作函數(shù)，還是比較簡(jiǎn)單的，就4個(gè)：

2.1 查找 ADC 設(shè)備

rt_device_find以前就見過的，I/O 設(shè)備模型通用的查找函數(shù)：

/*
參數(shù) 	描述
name 	ADC 設(shè)備名稱
返回 	——
設(shè)備句柄 	查找到對(duì)應(yīng)設(shè)備將返回相應(yīng)的設(shè)備句柄
RT_NULL 	沒有找到設(shè)備
*/
rt_device_t rt_device_find(const char* name);

但是這里需要額外說明的是，使用此函數(shù)查找 ADC 設(shè)備需要強(qiáng)制轉(zhuǎn)換一下，我們定義用來接收的設(shè)備句柄不是使用rt_device_t ，而應(yīng)該使用rt_adc_device_t：

2.2 使能/關(guān)閉 ADC 通道

根據(jù)自己使用的 GPIO 引腳（對(duì)應(yīng)上文 ADC 通道表格），對(duì) ADC 通道進(jìn)行使能和關(guān)閉。

使能 ADC 通道：

/*
參數(shù) 	描述
dev 		ADC 設(shè)備句柄
channel 	ADC 通道
返回 	——
RT_EOK 		成功
-RT_ENOSYS 	失敗，設(shè)備操作方法為空
其他錯(cuò)誤碼 	失敗
*/
rt_err_t rt_adc_enable(rt_adc_device_t dev, rt_uint32_t channel)

關(guān)閉 ADC 通道：

/*
參數(shù) 	描述
dev 		ADC 設(shè)備句柄
channel 	ADC 通道
返回 	——
RT_EOK 		成功
-RT_ENOSYS 	失敗，設(shè)備操作方法為空
其他錯(cuò)誤碼 	失敗
*/
rt_err_t rt_adc_disable(rt_adc_device_t dev, rt_uint32_t channel)

2.3 讀取采樣值

/*
參數(shù) 	描述
dev 	ADC 設(shè)備句柄
channel 	ADC 通道
返回 	——
讀取的數(shù)值 	
*/
rt_uint32_t rt_adc_read(rt_adc_device_t dev, rt_uint32_t channel)

三、ADC 設(shè)備示例

ADC的原理以及操作函數(shù)都比較簡(jiǎn)單，我們?cè)?RT-Thread Studio 使用 ADC 設(shè)備，反倒是他的使用步驟需要稍微注意一下:

3.1 ADC 設(shè)備使用步驟

我們以前講過，在 RT-Thread 工程中，所有的外設(shè)的配置都是在 board.h 文件中，我們可以查看其中關(guān)于 ADC 使用步驟的注釋：

1、首先，在 RT-Thread Studio 工程中，打開 RT-Thread Settings，使能 ADC 驅(qū)動(dòng)，如下圖所示：

接著上圖的操作，通過組件欄目打開 ADC 驅(qū)動(dòng)，退出保存：

2、 宏定義 #define BSP_USING_ADC1（這里需要確定自己準(zhǔn)備使用哪一個(gè) ADC）：

3、找一個(gè) ADC 初始化的代碼，通過STM32CubeMX 配置：

我們按照系列文章第一篇：RT-Thread記錄（一、RT-Thread 版本、RT-Thread Studio開發(fā)環(huán)境 及 配合CubeMX開發(fā)快速上手） 來使用STM32CubeMX 進(jìn)行配置：

設(shè)置完成后記得看一下 ADC 時(shí)鐘部分：

完成后直接生成代碼（不要打開，回到 RT-Thread Studio 如果彈出界面點(diǎn)擊確認(rèn)）然后可以發(fā)現(xiàn)工程中已經(jīng)更新了 adc.h ：

到這一步，我們已經(jīng)能夠找到我們需要的 HAL_ADC_MspInit 文件了，通過 adc.h 頭文件找到 adc.c 文件中的這個(gè)函數(shù)：

4、 把HAL_ADC_MspInit 函數(shù)復(fù)制到 board.c 文件最后面，如下圖：

5. 修改 stm32xxxx_hal_config.h 文件，使能 ADC 模塊：

這里我們要注意下一下，我們使用過 STM32CubeMX ，所以這個(gè)文件的位置發(fā)生了變化，這個(gè)在以前講過，具體看圖：

其實(shí)我們使用 STM32CubeMX 設(shè)置過 ADC 以后，這最后一步我們不需要修改，因?yàn)樵谖募?CubeMX已經(jīng)修改好了：

到這里，ADC 的配置就算全部完成了，我們可以直接在應(yīng)用程序中，使用 ADC 設(shè)備操作函數(shù)實(shí)現(xiàn)ADC 的讀取。

3.2 測(cè)試

基于上面的步驟，我們直接在應(yīng)用層調(diào)用接口，直接放一張圖說明：

測(cè)試結(jié)果：

開發(fā)板的供電不是標(biāo)準(zhǔn)的3.3V，而是3.28V，所以最終結(jié)果計(jì)算出來有點(diǎn)誤差= =！

結(jié)語

本文學(xué)習(xí)的 ADC 設(shè)備操作使用比較簡(jiǎn)單，反倒是他的使用配置相對(duì)來說復(fù)雜一點(diǎn)。

寫完 ADC 設(shè)備，計(jì)劃再測(cè)試一個(gè) SPI 設(shè)備，就要做設(shè)備驅(qū)動(dòng)小結(jié)了，I/O 設(shè)備模型部分其實(shí)前面幾篇博文學(xué)會(huì)了，也就會(huì)了，其他的只不過是需要花時(shí)間看一看。