【有那么點詳細(xì)的CW32學(xué)習(xí)筆記】模數(shù)轉(zhuǎn)換器

本章為大家?guī)?a href="http://www.ttokpm.com/tags/模數(shù)轉(zhuǎn)換器/" target="_blank">模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的使用教學(xué)，按照慣例，我們先來說一下模數(shù)轉(zhuǎn)換器本身。

首先是功能，模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收電壓信號并輸出一個數(shù)字信號，該數(shù)字信號是一個數(shù)字，這個數(shù)字指示了電壓信號的大小。通常來說，想要判斷大小就需要有對比，因此該數(shù)字指示的電壓大小實際上是一個比較的結(jié)果。ADC將需要測量的電壓信號Ut與已知電壓的信號U作比較，并最終輸出一個數(shù)字表示Ut相當(dāng)于多少比例的U。

接下來就可以看看CW32的ADC外設(shè)結(jié)構(gòu)框圖了，圖中按塊劃分了ADC外設(shè)的不同功能區(qū)。

ADC會將左側(cè)紅框中某一指定通道（由程序指定）所連接的電信號與下方紅框中選定的參考電壓（由程序選定）進(jìn)行比較，完成紫色方框中的步驟后，最終輸出一個數(shù)字（暫記為value）并存放在右側(cè)紅框中的寄存器里面。Value的范圍取決于ADC的位數(shù)，若ADC為12位，則value最大為2^12=4096，最小值為0，value指示了相比于參考電壓U，輸入電壓Ut的值，計算方法如下：可以認(rèn)為ADC將參考電壓分成了4096份，最終輸出的結(jié)果反映了輸入電壓夠得上其中多少份，例如參考電壓選擇2.5V，最終轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)據(jù)為2048，那么就認(rèn)定輸入通道的實際電壓值是2.5/4096*2048=1.25V，其他情況以此類推。由于參考電壓的存在，ADC無法直接測量比參考電壓值高的信號，輸入通道連接的電壓不能高于參考電壓。

現(xiàn)在來簡單說說紫色方框內(nèi)的部分，這一部分是ADC的核心部分，根據(jù)ADC轉(zhuǎn)換原理的不同，這一部分的電路結(jié)構(gòu)也不一樣，CW32的ADC是逐次逼近型ADC，它會先把通道中的電壓信號采樣并被內(nèi)部的采樣保持放大器輸出且保持穩(wěn)定（這一步叫采樣保持），隨后ADC用逐次逼近的方法得到一個12位的數(shù)字（這一步叫量化編碼），需要重點關(guān)心的是采樣保持階段的持續(xù)時間，這個時間越久，最終用于量化編碼階段的采樣電壓值就越精確，我們就能得到更精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

從上述步驟來看，使用ADC需要進(jìn)行如下操作：

1.必要的IO初始化和外設(shè)時鐘初始化；

2.正確設(shè)置ADC的采樣通道和參考電壓；

3.選擇合適的ADC采樣時間；

4.啟動ADC并等待轉(zhuǎn)換完成；

5.讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器得到電壓值；

首先需要說明的是IO初始化的問題。對于使用ADC功能的IO，它本質(zhì)上并不是“將這個IO復(fù)用為ADC功能”，而是把這個IO設(shè)置為模擬輸入，也就是不將IO上的電信號量化成數(shù)字信號，這一點在GPIO電路結(jié)構(gòu)圖里面可以看到。

這個模擬功能從結(jié)果上來看就是ADC復(fù)用，不過還是請大家理解其本質(zhì)。

下一個要說的是采樣通道。ADC一般都會有多個采樣通道，開發(fā)者從中挑選一些通道接入電路來使用。ADC外設(shè)同一時間只能對某一個通道上的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以如果需要采樣四個通道的電壓，只能順序轉(zhuǎn)換，這個轉(zhuǎn)換順序是可以手動設(shè)置的。ADC擁有4個可填入的配置項，暫且稱為序列0~3，ADC會根據(jù)另外一個配置項（ADC_SQR寄存器的ENS位段）來判斷該轉(zhuǎn)換這4個序列中的哪些，序列里面需要填寫的內(nèi)容就是AD采樣的通道號，配置完成之后ADC就會按照這4個序列內(nèi)填的通道號按順序進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。更具體的配置方法直接參考ADC_SQR寄存器描述即可

圖中有一些前文沒說到的配置項，因為這些配置項是一些ADC附帶的特殊功能。具體的功能在手冊ADC章節(jié)的寄存器描述中有詳細(xì)說明，代碼中的注釋也已經(jīng)詳細(xì)標(biāo)注。

該配置中，ADC被配置為單通道單次轉(zhuǎn)換模式，也就是說ADC一次轉(zhuǎn)換只能轉(zhuǎn)換一個ADC通道，并且轉(zhuǎn)換完成之后就會停下來等待CPU發(fā)出下一次轉(zhuǎn)換開始的指令（相對的，還有連續(xù)模式和掃描模式）。

配置完成后，再編寫一個啟動ADC的函數(shù)就行了，該函數(shù)需要包含啟動、等待轉(zhuǎn)換完成、返回數(shù)據(jù)的功能，如圖所示：

上圖的具體步驟對應(yīng)了手冊中描述的步驟，詳細(xì)說明見用戶手冊22.5.1章節(jié)。

ADC一般用法的介紹到此就結(jié)束了，但ADC還有很多其他功能，比如連續(xù)模式、掃描模式、硬件觸發(fā)采集和DMA訪問，這些模式可以幫助我們更好地使用ADC功能，后續(xù)的章節(jié)會介紹一種不消耗CPU資源的ADC采集方法，真正實現(xiàn)全自動采集。

審核編輯 黃宇