- 前言
- 1 ADC设备驱动层
- 1.1 ADC的配置参数
- 2 ADC设备框架驱动层
- 3 ADC应用层
前言
ADC(Analog to Digital Converter)模数转换器，它的作用是将外界的模拟信号转化为离散数字信号，什么是外界的模拟信号呢？比较好理解，例如温湿度，无线信号的RSSI强度，声光，角度等等。
对于一些低端的微控制器，片上只能依靠另外的ADC转换芯片实现模拟信号的采集，对于一些好一点的单片机，基本上都拥有片上ADC资源。
ADC的转换一般过程是：取样->保持和量化->数字编码。
本文为RT_thread *** 作系统下的ADC设备学习笔记，使用stm32来掌握RT_thread系统下的ADC设备编程思路，通过对ADC设备的学习，我们最终能使用IO设备接口来访问ADC。
对于STM32的片上ADC，配置参数主要有ADC时钟的分频因子，转换分辨率，数据对齐，采样的模式，规则通道的采样等级等等，这里不做记录，令ADC1的配置如下：
#define ADC1_CONFIG \
{ \
.Instance = ADC1, \
.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4, \
.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B, \
.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT, \
.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE, \
.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV, \
.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE, \
.Init.ContinuousConvMode = DISABLE, \
.Init.NbrOfConversion = 1, \
.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE, \
.Init.NbrOfDiscConversion = 1, \
.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START, \
.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE, \
.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN, \
}
static ADC_HandleTypeDef adc_config[] =
{
#ifdef BSP_USING_ADC1
ADC1_CONFIG,
#endif
｝
RT_thread中先定义一个adc的底层结构体，如下：
struct stm32_adc
{
ADC_HandleTypeDef ADC_Handler;
struct rt_adc_device stm32_adc_device;
};
这里主要看第二个成员，RT_thread给ADC做了一个设备结构体，定义如下：
struct rt_adc_device
{
struct rt_device parent;
const struct rt_adc_ops *ops;
};
typedef struct rt_adc_device *rt_adc_device_t;
ADC的 *** 作函数只有两个，使能控制函数和转换控制函数：
struct rt_adc_ops
{
rt_err_t (*enabled)(struct rt_adc_device *device, rt_uint32_t channel, rt_bool_t enabled);
rt_err_t (*convert)(struct rt_adc_device *device, rt_uint32_t channel, rt_uint32_t *value);
};
（1）使能函数
static rt_err_t stm32_adc_enabled(struct rt_adc_device *device, rt_uint32_t channel, rt_bool_t enabled)
{
ADC_HandleTypeDef *stm32_adc_handler = device->parent.user_data;
RT_ASSERT(device != RT_NULL);
/*直接调用HAL库的ADC使能/失能函数*/
if (enabled)
{
ADC_Enable(stm32_adc_handler);
}
else
{
ADC_Disable(stm32_adc_handler);
}
return RT_EOK;
}
（2）转换函数
static rt_err_t stm32_get_adc_value(struct rt_adc_device *device, rt_uint32_t channel, rt_uint32_t *value)
{
ADC_ChannelConfTypeDef ADC_ChanConf;
ADC_HandleTypeDef *stm32_adc_handler = device->parent.user_data;
RT_ASSERT(device != RT_NULL);
RT_ASSERT(value != RT_NULL);
rt_memset(&ADC_ChanConf, 0, sizeof(ADC_ChanConf));
//通道个数不超过18个
if (channel <= 18)
{
/* 确认转换的ADC通道 */
ADC_ChanConf.Channel = stm32_adc_get_channel(channel);
}
else
{
LOG_E("ADC channel must be between 0 and 18.");
return -RT_ERROR;
}
/*通道配置*/
ADC_ChanConf.Rank = 1;//默认的转换优先等级是1
ADC_ChanConf.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_247CYCLES_5;
ADC_ChanConf.Offset = 0;
ADC_ChanConf.OffsetNumber = ADC_OFFSET_NONE;
ADC_ChanConf.SingleDiff = LL_ADC_SINGLE_ENDED;
HAL_ADC_ConfigChannel(stm32_adc_handler, &ADC_ChanConf);
/* 开启转换 */
HAL_ADC_Start(stm32_adc_handler);
/* 等待转换完成 */
HAL_ADC_PollForConversion(stm32_adc_handler, 100);
/* 获取ADC转换结果 */
*value = (rt_uint32_t)HAL_ADC_GetValue(stm32_adc_handler);
return RT_EOK;
}
下面看看RT_thread下的ADC初始化代码是怎么写的：
static struct stm32_adc stm32_adc_obj[sizeof(adc_config) / sizeof(adc_config[0])];
static int stm32_adc_init(void)
{
int result = RT_EOK;
/* 首先初始定义ADC设备的名字 */
char name_buf[5] = {'a', 'd', 'c', '0', 0};
int i = 0;
/*遍历ADC设备，STM32最多有3个ADC模块，每个模块最多16/18个通道*/
for (i = 0; i < sizeof(adc_config) / sizeof(adc_config[0]); i++)
{
/* ADC init */
name_buf[3] = '0';
stm32_adc_obj[i].ADC_Handler = adc_config[i];
#if defined(ADC1)
if (stm32_adc_obj[i].ADC_Handler.Instance == ADC1)
{ //如果是ADC1，设备名为adc1
name_buf[3] = '1';
}
#endif
#if defined(ADC2)
if (stm32_adc_obj[i].ADC_Handler.Instance == ADC2)
{
name_buf[3] = '2';
}
#endif
#if defined(ADC3)
if (stm32_adc_obj[i].ADC_Handler.Instance == ADC3)
{
name_buf[3] = '3';
}
#endif
/*初始化ADC，完成adc配置*/
if (HAL_ADC_Init(&stm32_adc_obj[i].ADC_Handler) != HAL_OK)
{
LOG_E("%s init failed", name_buf);
result = -RT_ERROR;
}
else/*如果配置成功的话就将ADC注册到IO设备管理器中*/
{
/* 注册ADC设备 */
if (rt_hw_adc_register(&stm32_adc_obj[i].stm32_adc_device, name_buf, &stm_adc_ops, &stm32_adc_obj[i].ADC_Handler) == RT_EOK)
{
LOG_D("%s init success", name_buf);
}
else
{
LOG_E("%s register failed", name_buf);
result = -RT_ERROR;
}
}
}
return result;
}
上面的注册ADC设备函数rt_hw_adc_register就属于ADC设备框架驱动层。
其函数原型如下：
rt_err_t rt_hw_adc_register(rt_adc_device_t device, const char *name, const struct rt_adc_ops *ops, const void *user_data)
{
rt_err_t result = RT_EOK;
RT_ASSERT(ops != RT_NULL && ops->convert != RT_NULL);
device->parent.type = RT_Device_Class_Miscellaneous;
device->parent.rx_indicate = RT_NULL;
device->parent.tx_complete = RT_NULL;
device->parent.init = RT_NULL;
device->parent.open = RT_NULL;
device->parent.close = RT_NULL;
device->parent.read = _adc_read;
device->parent.write = RT_NULL;
device->parent.control = _adc_control;
device->ops = ops;
device->parent.user_data = (void *)user_data;
result = rt_device_register(&device->parent, name, RT_DEVICE_FLAG_RDWR);
return result;
}
在ADC设备驱动层的使能函数和获取转换结果函数中，有这么一句：
ADC_HandleTypeDef *stm32_adc_handler = device->parent.user_data;
所以在注册ADC设备的时候，函数rt_hw_adc_register的形参user_data必须选择传入&stm32_adc_obj[i].ADC_Handler。
另外，上面的parent还赋值了两个函数，它们的原型如下：
static rt_size_t _adc_read(rt_device_t dev, rt_off_t pos, void *buffer, rt_size_t size)
{
rt_err_t result = RT_EOK;
rt_size_t i;
struct rt_adc_device *adc = (struct rt_adc_device *)dev;
rt_uint32_t *value = (rt_uint32_t *)buffer;
for (i = 0; i < size; i += sizeof(int))
{
/*调用函数stm32_get_adc_value*/
result = adc->ops->convert(adc, pos + i, value);
if (result != RT_EOK)
{
return 0;
}
value++;
}
return i;
}
注意：其中的形参pos是转换的通道。
static rt_err_t _adc_control(rt_device_t dev, int cmd, void *args)
{
rt_err_t result = RT_EOK;
rt_adc_device_t adc = (struct rt_adc_device *)dev;
if (adc->ops->enabled == RT_NULL)
{
return -RT_ENOSYS;
}
if (cmd == RT_ADC_CMD_ENABLE)
{
/*调用函数stm32_adc_enabled*/
result = adc->ops->enabled(adc, (rt_uint32_t)args, RT_TRUE);
}
else if (cmd == RT_ADC_CMD_DISABLE)
{
/*调用函数stm32_adc_disabled*/
result = adc->ops->enabled(adc, (rt_uint32_t)args, RT_FALSE);
}
return result;
}
ADC的应用层相对简单，即使用IO设备函数接口访问ADC设备。
下面直接实践测试，使用ADC1的通道13来做测试，采集通道引脚的电压信号，打印到控制台。
线程如下：
#define ADC_transfer_channel 13
#define CONVERT_BITS (1<<12)
#define REFER_VOLTAGE 330
void ADCtest_task(void *parameter)
{
rt_uint32_t l_raw_adc_val;
rt_uint32_t vol;
rt_device_t adc_device = rt_device_find("adc1");
if(RT_NULL != adc_device)
{
LOG_D("adc1 device has exited");
adc_device->control(adc_device, RT_ADC_CMD_ENABLE, RT_NULL);
}
while(1)
{
adc_device->read(adc_device, ADC_transfer_channel, &l_raw_adc_val, sizeof(l_raw_adc_val));
vol = l_raw_adc_val * REFER_VOLTAGE / CONVERT_BITS;
rt_kprintf("vol :%d.%02d \n", vol / 100, vol % 100);
rt_thread_mdelay(500);
}
}
打开串口助手可以看到：
成功创建一个ADC线程。
成功注册了adc1设备，并开始采集电压信号。
注意：函数rt_kprintf不能打印浮点型数据。
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