雅特力AT32F423 ADC使用指南

ADC簡介

ADC控制器的功能極其強大。其包含但不限于以下內容

• 時鐘及狀態，由數字和模擬時鐘兩個部分組成
• 分辨率及采樣轉換，可配置分辨率為12/10/8/6位的轉換，采樣周期支持廣范圍的配置
• 自校準，自帶校準功能以糾正數據偏移
• 基本模式，支持多種模式，不同模式可組合使用滿足多種應用
• 不同優先權的通道，普通通道與搶占通道具備不同的優先權
• 多種獨立的觸發源，包括TMR、EXINT、軟觸發等多種觸發選擇
• 數據后級處理，包括數據的對齊，搶占通道偏移量等多種處理
• 轉換中止，可軟件控制在ADC不掉電狀態下實現轉換中止
• 過采樣器，普通及搶占通道均支持過采樣
• 電壓監測，通過對轉換結果的判定來實現電壓監測
• 中斷及狀態事件，具備多種標志指示ADC狀態，且某些標志還具備中斷功能
• 多種轉換數據的獲取方式，包括DMA獲取、CPU獲取兩種方式實現轉換數據的讀取
• 多達26個通道：IN0~IN17，IN20~IN27

圖1. ADC1框圖

ADC功能解析

時鐘及狀態

功能介紹ADC的時鐘分為數字時鐘與模擬時鐘。其統一通過CRM_APB2EN的ADCxEN位使能。

• 數字時鐘：即PCLK2，經HCLK分頻而來，提供給數字部分使用。
• 模擬時鐘：即ADCCLK，經ADC預分頻器分頻而來，提供給模擬部分使用。模擬時鐘源可以選擇HCLK或PLLCLK，通過CRM_MISC1的PLLCLK_TO_ADC位選擇。

軟件接口ADC時鐘使能，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：當ADC時鐘使能后，軟件即可開始進行ADC的一些相關配置。ADC模擬時鐘源選擇，其軟件實例如下：ADC預分頻設定，軟件由ADC公共部分結構體配置完成，其軟件實例如下：此項實際用于設定ADC模擬部分的時鐘，其由HCLK或PLLCLK分頻而來。注意：1）模擬部分的ADCCLK由HCLK分頻而來，其不可大于80MHz；2）ADC數字部分掛在PCLK2上，為避免同步問題，ADCCLK頻率不可高于PCLK2；3）當選擇PLLCLK作為ADC模擬時鐘源時，此時必須保證系統時鐘SCLKSEL選擇PLL/2。4）ADC模擬部分電源由ADC_CTRL2的ADCEN，其不受ADC的時鐘狀態影響。典型的，如果系統需要進入深度睡眠模式，如果不關閉ADCEN，此時ADC模擬器件將還會消耗電流；5）ADC上電有一段等待時間，應用應該在判定到ADC的RDY flag置位后再執行后續觸發等操作。

分辨率及采樣轉換

功能介紹ADC可隨意設定12、10、8、6位分辨率使用。ADC可設定2.5、6.5、12.5、24.5、47.5、92.5、247.5、640.5個采樣周期。ADC對通道數據的獲取由采樣和轉換兩個部分組成。采樣先于轉換執行，采樣期間內選通需要轉換的通道，外部電壓對ADC內部采樣電容充電，將持續執行設定的采樣周期長度時間的充電。采樣結束后就會自動開始轉換，ADC采用逐次逼近的轉換方式，可有效保障轉換數據的準確性。此轉換方式需要分辨率位數個ADCCLK的轉換時間來完成單通道的轉換，再結合數據處理，因此單個通道的整體轉換時間即示例：CSPTx選擇6.5周期，CRSEL選擇10位，一次轉換需要6.5+10+0.5=17個ADCCLK周期。軟件接口ADC分辨率設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：注意：ADC的自校準只能在12位分辨率下進行，切分辨需安排在校準完成后執行。ADC采樣周期設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：注意：不同通道可設定不同的采樣周期；當采用中斷或輪詢方式獲取普通通道數據，為避免溢出，建議合理增大采樣周期；為避免充電不充分導致轉換數據不準確，應用允許的條件下，建議合理增大采樣周期。

自校準

功能介紹ADC具備自校準能力，軟件可以執行自校準命令，透過自校準可以計算出一個校準值。不需要軟件干預，ADC會自動將該校準值反饋回ADC內部補償ADC基礎偏差，以保障轉換數據的準確性。校準值有兩種獲取方式：

• 軟件下自校準命令，由硬件自動計算，產生的校準值保存在ADC->CALVAL寄存器內
• 軟件直接根據經驗值，手動設定校準值，該值同樣被保存在ADC->CALVAL寄存器內

自校準的軟件流程如下

• 在12位分辨率狀態下使能ADC
• 等待ADC的RDY標志置位
• 執行初始化校準命令并等待初始化校準完成
• 執行校準命令并等待校準完成
• 根據應用需求切換到期望配置的分辨率
• 等待ADC的RDY標志置位
• 執行完上述流程后，即可開始進行ADC的觸發轉換

軟件接口完整的校準及設定分辨率需由組合命令實現，依據校準值設定方式可區分如下兩種自校準方式，其軟件實例如下：寫經驗值校準方式，其軟件實例如下：注意：校準值的存放不會置位OCCE標志，不會產生中斷或DMA請求；ADC的自校準只能在12位分辨率下進行，切分辨需安排在校準完成后執行。

基本模式

功能介紹1、序列模式ADC支持序列模式設定，開啟序列模式后，每次觸發將序列中的通道依序轉換一次。用戶于ADC_OSQx配置普通通道序列，普通通道從OSN1開始轉換；于ADC_PSQ配置搶占通道序列，搶占通道是從PSNx開始轉換(x=4-PCLEN)。搶占通道轉換示例：ADC_PSQ[21：0]=10 00110 00101 00100 00011，此時掃描轉換順序為CH4、CH5、CH6，而不是CH3、CH4、CH5圖2. 序列模式2、反復模式ADC支持反復模式設定，開啟反復模式后，當檢測到觸發后就即會反復不斷地轉換普通通道組。圖3. 反復模式+搶占自動轉換模式分割模式ADC支持分割模式設定。對于普通通道組，分割模式可依據設定將通道組分割成長度較小的子組別。一次觸發將轉換子組別中的所有通道。每次觸發會依序選擇不同的子組別進行轉換。對于搶占通道組，分割模式直接以通道為單位進行分割，一次觸發將轉換單個通道。每次觸發會依序選擇不同的通道進行轉換。圖4. 分割模式3、搶占自動轉換模式ADC支持搶占自動轉換模式設定，開啟搶占自動轉換模式后，當普通通道轉換完成后，搶占通道將自動接續著轉換，而不需要進行搶占通道的觸發。圖5. 搶占自動轉換模式軟件接口ADC序列模式和反復模式設定，由ADC基礎部分結構體配置完成，其軟件實例如下：注意：序列模式對普通及搶占通道組均有效；反復模式僅對普通通道組有效,搶占通道組不具備反復模式功能;反復模式與分割模式不可共用；反復模式可與搶占自動轉換模式共用，將實現依次反復的轉換普通通道序列及搶占通道序列。ADC分割模式設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：注意：分割模式對普通及搶占通道組均有效;搶占通道組分割模式子組別長度不可設定，其固定為單個通道；分割模式與反復模式、搶占自動轉換模式不可共用，普通通道與搶占通道的分割模式不可共用。搶占自動轉換模式設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：注意：搶占自動轉換模式僅對搶占通道組有效;搶占自動轉換模式與分割模式不可共用。

不同優先權的通道

功能介紹ADC設計有具備不同優先權的兩種通道組：普通通道組與搶占通道組。

• 普通通道組

通常用于執行常規的數據轉換。支持最多配置32個通道，轉換將按照設定的通道順序依次進行。其不具備搶占能力。

• 搶占通道組

通常用于執行相對緊急的數據轉換。支持最多配置4個通道，轉換將按照設定的通道順序依次進行。其具備搶占能力，即搶占通道組的轉換可以打斷正在執行的普通通道轉換，待搶占通道組轉換完畢后再恢復執行被打斷的普通通道組轉換。

軟件接口普通通道組設定，軟件包括通道數量、通道數值、轉換順序、采樣周期的設定，其軟件實例如下：搶占通道組設定，軟件包括通道數量、通道數值、轉換順序、采樣周期的設定，其軟件實例如下：注意：不同通道可以設定不同的采樣周期；同一通道可以被反復編排進轉換序列進行轉換；序列模式下，普通通道組從OSN1開始轉換，搶占通道組是從PSNx開始轉換(x=4-PCLEN)。

多種獨立的觸發源

功能介紹ADC支持多種觸發源，包含軟件寫寄存器觸發（ADC_CTRL2的OCSWTRG與PCSWTRG）以及外部觸發。外部觸發包含定時器觸發與引腳觸發，外部觸發可設定觸發極性（觸發極性可選擇禁止邊沿觸發、上升沿觸發、下降沿觸發或任意邊沿觸發）。表1. 普通通道和搶占通道觸發源軟件接口軟件寫寄存器觸發設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：在ADC Ready后，軟件即可執行adc_ordinary_software_trigger_enable(ADC1,TRUE);/adc_preempt_software_trigger_enable(ADC1,TRUE);來進行普通/搶占通道的觸發。外部觸發設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：在ADC Ready后，TMR1CH1的上升沿事件就會觸發普通通道組轉換，TMR3CH4的上升沿事件就會觸發搶占通道組轉換。注意：觸發間隔需要大于通道組轉換的時間，轉換期間發生的相同通道組的觸發會被忽略；使用軟件寫寄存器觸發時，對應觸發極性必須選擇禁止邊沿觸發；搶占通道轉換優先權最高，不管當前是否有普通通道轉換，其觸發后就會立即開始響應轉換；普通觸發具備記憶功能，在搶占轉換時執行普通觸發，該觸發會被記錄并在搶占轉換完畢后響應。

數據后級處理

功能介紹

ADC具備專有的數據寄存器，普通通道轉換完成后數據存儲于普通數據寄存器（ADC_ODT），搶占通道轉換完成后數據存儲于搶占數據寄存器x（ADC_PDTx）。數據寄存器內存儲的是經過處理后的數據。該處理包括數據對齊、搶占數據偏移。

• 數據對齊

分左對齊和右對齊。分辨率CRSEL為6位時，數據存儲方式以字節為基準擺放，其余皆以半字為基準擺放。

• 搶占數據偏移

搶占通道的數據會減去搶占數據偏移寄存器x（ADC_PCDTOx）內的偏移量，因此搶占通道數據有可能為負值，以SIGN作為符號。圖6. 數據內容處理軟件接口數據對齊設定，軟件由ADC基礎部分結構體配置完成，其軟件實例如下：搶占數據偏移設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：

轉換中止

功能介紹ADC具備轉換中止功能。在ADC轉換過程中，用戶可利用ADC_CTRL2的ADABRT使ADC停止轉換。停止轉換后，轉換順序回歸第一個通道，用戶即可重新編排通道順序，再次觸發ADC將從頭開始執行新序列的轉換。圖7. 轉換中止時序軟件接口轉換中止設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：注意：轉換中止命令對普通及搶占通道轉換都有效；轉換中止功能類似ADC重上電，但是轉換中止不會使ADC掉電，不存在ADC上電喚醒時間；轉換中止的執行需要時間，在執行轉換中止命令后一定要等待ADABRT位被硬件清除后才可進行后續的觸發轉換。

過采樣器

功能介紹ADC具備過采樣功能。一次過采樣是透過轉換多次相同通道，累加轉換數據后作平均實現的。

• 由ADC_OVSP的OSRSEL選擇過采樣率，此位用來定義過采樣倍數；
• 由ADC_OVSP的OSSSEL選擇過采樣移位，此位用來定義平均系數。

若平均后數據大于16位，只取靠右16位數據，放入16位數據寄存器。使用過采樣時，忽視數據對齊及搶占數據偏移的設定，數據一律靠右擺放。表2. 最大累加數據與過采樣倍數及位移系數關系

• 普通通道過采樣被打斷后的恢復方式

普通通道過采樣中途被搶占通道轉換打斷后的恢復方式由OOSRSEL設定

• OOSRSEL=0：接續模式。保留已累加的數據，再次開始轉換時將從打斷處轉換；
• OOSRSEL=1：重轉模式。累加的數據被清空，再次開始轉換時重新開始該通道的過采樣轉換。

圖8. 普通過采樣被打斷后的恢復方式

• 普通通道過采樣觸發模式

普通通道過采樣的觸發模式由OOSTREN設定

• OOSTREN=0：關閉觸發模式。通道的所有過采樣轉換僅需一次觸發；
• OOSTREN=1：開啟觸發模式。通道的每個過采樣轉換均需進行觸發。

此模式下，中途被搶占通道觸發打斷后，須重新觸發普通通道才會恢復轉換普通通道過采樣。圖9. 普通過采樣觸發模式

• 搶占通道過采樣

搶占過采樣可與普通過采樣同時使用，也可分別使用。搶占過采樣不影響到普通過采樣的各種模式。圖10. 搶占自動轉換下的過采樣模式軟件接口過采樣率、過采樣移位及過采樣使能設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：普通通道過采樣被打斷后的恢復方式設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：普通通道過采樣觸發模式設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：電壓監測1、功能介紹ADC具備電壓監測功能。用以監控輸入電壓與設定閾值的關系。當轉換結果大于高邊界ADC_VMHB[11:0]寄存器或是小于低邊界ADC_VMLB[11:0]寄存器時，電壓監測超出標志VMOR會置起。透過VMSGEN選擇對單一通道或是所有通道監測。對單一通道監測的話，由VMCSEL配置通道。2、軟件接口監測單一通道，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：監測所有通道，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：注意：電壓監測一律以轉換的原始數據與12位邊界寄存器做比較，無視分辨率、搶占偏移量與數據對齊的設定；若使用過采樣器，則是以ADC_VMHB[15:0]與ADC_VMLB[15:0]完整的16位寄存器與過采樣數據作比較。

中斷及狀態事件

功能介紹

ADC含有多種中斷及狀態標志。應用需要結合這些標志進行程序設計。

• ADC準備就緒標志(RDY)

指示ADC狀態，只讀位，軟件不可清除，無產生中斷能力。

ADC上電完畢后會置位，只有RDY標志置位后，才可進行校準及觸發轉換。

• 普通通道轉換溢出標志(OCCO)

指示ADC轉換數據溢出，標志由軟件對其自身寫零清除，有產生中斷能力。

無獨立的溢出檢測使能位，在使能DMA傳輸或者EOCSFEN=1時有效，當上一筆轉換數據未被讀走，下一筆轉換數據已產生時就會置位此標志。標志清除后的轉換恢復分如下兩種情況：此標志置位后，當前轉換停止，轉換序列不被清零，因此可不用復位ADC，直接清除標志再次觸發轉換即可。

• 普通通道轉換開始標志(OCCS)

指示普通通道轉換開始，由軟件對其自身寫零清除，無產生中斷能力。

• 搶占通道轉換開始標志(PCCS)

指示搶占通道轉換開始，由軟件對其自身寫零清除，無產生中斷能力。

• 搶占通道組轉換結束標志(PCCE)

指示搶占通道組轉換完成，由軟件對其自身寫零清除，有產生中斷能力。

在搶占通道組轉換完成后置位，通常應用使用此標志來讀取搶占通道組的轉換數據。

• 普通通道轉換結束標志(OCCE)

指示普通通道轉換完成，由軟件對其自身寫零或讀ODT寄存器清除，有產生中斷能力。

在普通通道轉換完成后置位，應用可使用此標志來讀取普通通道的轉換數據(EOCSFEN=1)。

注意：DMA讀取轉換數據會同步清除OCCE標志，因此在使用DMA時禁止再使用OCCE標志。

• 電壓監測超出范圍標志(VMOR)

指示通道電壓超出設定閾值，由軟件對其自身寫零清除，有產生中斷能力。

在ADC的通道轉換數據超過設定閾值后置位，通常應用使用此標志來監控通道電壓。

軟件接口中斷使能設定，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：標志狀態獲取，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：標志狀態清除，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：多種轉換數據的獲取方式功能介紹

ADC具備多種轉換數據的獲取方式。不同通道類型、不同組合模式可支持的數據獲取方式不同。

• CPU讀取搶占通道數據

搶占通道不具備DMA能力，因此不管什么組合模式，搶占通道數據均由CPU讀取搶占數據寄存器x（ADC_PDTx）獲得。

• CPU讀取普通通道數據

軟件設置ADC_CTRL2的EOCSFEN位讓每次普通數據寄存器更新時置位OCCE標志，軟件通過OCCE標志讀取轉換數據。

• DMA讀取普通通道數據

普通通道數據存儲于ADC自己獨立的數據寄存器中。軟件設置OCDMAEN及OCDRCEN位讓每次普通數據寄存器更新時產生DMA請求，DMA在每次收到DMA請求時讀取轉換數據。軟件接口CPU讀取搶占通道數據，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：CPU讀取普通通道數據，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：

DMA讀取普通通道數據，軟件由單獨的函數接口實現，其軟件實例如下：注意：使用CPU讀取普通轉換數據時，為避免溢出，通道采樣周期需要足夠大。

ADC配置解析

以下對ADC的配置流程及數據獲取方法進行說明。

ADC配置流程

ADC的配置一般包括如下內容

• 外部觸發源配置ADC外部觸發源有TMR或EXINT，其配置無特殊性，參考普通的TMR或EXINT配置即可。注意：此處僅是觸發源的配置，觸發源的使能需在ADC全部配置完畢后才可進行。
• DMA配置使能ADC普通通道轉換數據可通過DMA傳輸，若應用需要DMA傳輸時，需提前進行DMA的初始化配置，其配置無特殊性，參考普通的DMA配置即可。
• 開啟ADC數字時鐘開啟ADC數字時鐘，允許進行相關功能配置。
• ADC公共部分結構體配置 包括ADC分頻、內部溫度傳感器及Vintrv相關配置。ADC分頻設定ADC模擬部分的時鐘，其由HCLK或PLLCLK分頻而來，由PLLCLK_TO_ADCbit選擇HCLK或PLLCLK，可設定2~17中的任意一種分頻。DMA請求接續使能設定在傳輸完DMA設定個數數據后，普通通道轉換完畢是否再產生DMA請求。內部溫度傳感器及Vintrv使能內部溫度傳感器及內部參考電壓，其分別連接到ADC1的CH16和CH17。
• ADC基礎部分結構體配置包括序列模式、反復模式、數據對齊、普通轉換序列長度。序列模式不論普通還是搶占組，只要配置有多個通道，就需要開啟序列模式。反復模式若應用需要周期性的觸發轉換時，就需要關閉反復模式，不然周期性的觸發將變得無效。當應用不想周期性的觸發，而期望單次觸發后就不停的轉換設定通道組時需開啟反復模式。數據對齊設定轉換數據靠右或是靠左對齊放置于數據寄存器。普通轉換序列長度可設定1~32中的任何一個長度，指示單個普通序列包含的通道個數，需與實際普通通道序列個數一致。
• 普通通道配置包含通道配置、觸發配置、數據傳輸方式。通道配置由轉換順序、通道值、采樣周期的設定組成。其中不同順序可配置相同通道值。觸發配置由觸發源和觸發邊沿檢測的設定組成。若使用軟件觸發時，需要禁止觸發邊沿檢測。數據傳輸方式可設定CPU或DMA傳輸轉換數據。
• 搶占通道配置包含通道個數、通道配置、觸發配置。通道個數可設定1~4中的任何一個長度，指示單個搶占序列包含的通道個數，需與實際搶占通道序列個數一致。通道配置由轉換順序、通道值、采樣周期的設定組成。其中不同順序可配置相同通道值。觸發配置由觸發源和觸發邊沿檢測的設定組成。若使用軟件觸發時，需要禁止觸發邊沿檢測。
• 特殊模式配置（非必需）分割模式包括每次觸發轉換的普通通道個數、普通通道分割模式使能、搶占通道分割模式使能。搶占自動轉換模式用于設定普通組轉換結束后的搶占通道組自動轉換使能。過采樣包括過采樣率、過采樣移位、普通過采樣觸發模式使能、普通過采樣重轉模式選擇、普通及搶占過采樣使能的設定。
• 中斷配置

使能對應中斷，包括溢出中斷、普通通道轉換結束中斷、搶占通道組轉換結束中斷、電壓檢測超過范圍中斷中的一個或多個。

• ADC上電使能ADC讓ADC上電，由于上電需要穩定時間，因此ADC上電后需等待ADC的RDY標志處于置位后才可進行后續動作。
• ADC校準為保障ADC轉換數據準確，在ADC上電后需進行校準。其包含：A/D初始化校準、等待初始化校準完成、A/D校準、等待校準完成。
• ADC分辨率調整在ADC校準完畢后，即可進行分辨率切換。切換分辨率后，軟件需要等待ADC的RDY標志處于置位后才可進行后續動作。

至此，ADC的初始化配置就算全部完成。隨后，可通過軟件或使能硬件觸發源進行觸發轉換。

ADC數據獲取方法

ADC支持多種數據獲取方法，通?？筛爬槿缦聨追N

• CPU獲取搶占通道數據搶占通道數據不具備DMA能力，只能透過CPU獲取。推薦使用中斷獲取，方法如下1) 搶占通道組轉換結束中斷使能；2) 搶占通道組轉換結束中斷函數內將轉換數據緩存進數組內；3) 其他應用邏輯內透過數組內的數據進行數據的后續算法處理。
• CPU讀取普通通道數據423額外支持通過CPU讀取普通通道數據。為保障數據讀取的實時性，同樣推薦使用中斷獲取，方法如下1) 軟件設置ADC_CTRL2的EOCSFEN位讓每次數據寄存器更新時置位OCCE標志；2) 普通通道組轉換結束中斷使能；3) 普通通道組轉換結束中斷函數內將轉換數據緩存進數組內；4) 其他應用邏輯內透過數組內的數據進行數據的后續算法處理。
• DMA讀取普通通道數據普通通道數據具備DMA能力。為避免軟件耗時，可直接采用DMA讀取轉換數據，方法如下1) 初始化并使能DMA；2) 使能ADC的DMA模式；3) 在DMA傳輸完成中斷函數內獲取DMA的buffer數據；4) 其他應用邏輯內透過buffer數據進行數據的后續算法處理。