¶ SAR ADC
¶ 概述
ADC(Analog to Digital) 模拟转数字是经常使用的外设，本章节将通过两个示例讲解如何使用CSK6 SDK的ADC接口实现外部电压的检测。
CSK6 ADC驱动具有如下特性：
- 12-bit精度, 最多3个外部通道输入，2个内部通道。
- 24MHz ADC时钟源，采样率最高1MHz。
- 使用内部3.3V参考电压。
¶ 使用示例
¶ 常用 API 接口
配置采样通道
int adc_channel_setup(const struct device *dev, const struct adc_channel_cfg *channel_cfg);
采样通道配置，成功返回0，失败返回非0。
参数说明
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| dev | 指向ADC Device的指针 |
| channel_cfg | 采样通道配置 |
获取内部参考电压
uint16_t adc_ref_internal(const struct device *dev);
获取内部参考电压，返回与ADC_REF_INTERNAL相对应的电压，以毫伏(mV)为单位。
返回大于0的正值则是参考电压值，返回0表示参考电压信息不可用。
参数说明
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| dev | 指向ADC Device的指针 |
获取采样值
int adc_read(const struct device *dev, const struct adc_sequence *sequence);
获取采样值，如果从用户模式调用，回调的sequence.options都必须是NULL。
adc_read的函数返回值见下述说明。
参数说明
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| dev | 指向ADC Device的指针 |
| sequence | 指定请求的采样序列的结构 |
返回值说明
| 返回值 | 说明 |
|---|---|
| 0 | 成功 |
| -EINVAL | 传入的参数有误 |
| -ENOMEM | 用于采样的buf定义太小，无法保存所有请求的采样结果 |
| -ENOTSUP | 请求的操作模式不支持 |
| -EBUSY | 在前一个采样仍在进行时触发了另一个采样，则返回-EBUSY |
采样值转电压(mV)
int adc_raw_to_millivolts(int32_t ref_mv, enum adc_gain gain, uint8_t resolution, int32_t *valp);
将原始ADC采样值转换为以毫伏（mV）为单位的电压，返回0表示成功，非0表示失败。
参数说明
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| ref_mv | 测量的参考电压，单位为毫伏，该值可能是从adc_ref_internal()函数调用获取，或者从外部获取的参考电压值。 |
| gain | 用于采样输入的ADC增益配置 |
| resolution | 样本绝对值中的位数，对于差分采样，该值必须小于adc_sequence结构体里面的resolution值 |
| valp | 输入时指向原始采样值的指针，成功转换后指向相应的毫伏值。如果转换失败，则存储值保持不变。 |
更多ADC driver APIs接口可以在zephyr官网ADC driver APIs中看到。
¶ 使用示例
¶ 准备工作
本示例基于 csk6011a_nano开发板的adc0 ch1(gpiob_7)引脚实现外部电压检测，在运行示例前需要做如下准备：
- 准备一个
csk6011a_nano开发板，并将adc0 ch1(gpiob_7)引脚接稳压电源(或者把gpiob_7接到开发板的3.3V电源脚)。如下图示：
¶ 获取sample项目
通过Lisa命令创建项目：
lisa zep create
依次按以下目录选择完成adc sample的创建：
csk → samples → driver → adc
¶ 设备树配置
在csk6011a_nano开发板上使用到了adc0 ch1(gpiob_7)，因此需要在sample中完成设备树配置，通过重写board overlay的方式完成ADC引脚和通道的配置。
app/board/csk6011a_nano.overlay详细配置：
/*给pinctrl_adc0_ch1_default配置对应的gpio pin脚*/
&pinctrl {
/* ADC alternate function */
pinctrl_adc0_ch0_default: adc0_ch0_default{
};
/* 将gpiob7复用为adc0功能*/
pinctrl_adc0_ch1_default: adc0_ch1_default{
pinctrls = <GPADC_1_GPIOB_07>;
};
pinctrl_adc0_ch2_default: adc0_ch2_default{
};
};
/* zephyr,user 节点的 io-channels 属性中指定的 ADC 通道*/
/ {
zephyr,user {
io-channels = <&adc0 1>, <&adc0 5>, <&adc0 6>;
};
};
/* adc0设备树配置，使用pinctrl_adc0_ch1_default的pin脚配置*/
&adc0 {
pinctrl-0 = <&pinctrl_adc0_ch1_default>;
pinctrl-names = "default";
status = "okay";
};
¶ 组件配置
在prj.conf文件中打开uart功能配置:
# adc配置
CONFIG_ADC=y
CONFIG_LOG=y
CONFIG_LOG_MODE_MINIMAL=y
¶ 应用逻辑实现
adc初始化：
/*获取设备树中io_channels配置的通道数量*/
#define ADC_NUM_CHANNELS DT_PROP_LEN(DT_PATH(zephyr_user), io_channels)
/*获取ADC设备树node id*/
#define ADC_NODE DT_PHANDLE(DT_PATH(zephyr_user), io_channels)
/*采样精度设置*/
#define ADC_RESOLUTION 11
/*采样增益设置*/
#define ADC_GAIN ADC_GAIN_1
/*参考电压配置(内部3.3V)*/
#define ADC_REFERENCE ADC_REF_INTERNAL
/* 解析设备树io_channels配置获取通道信息<&adc0 1>, <&adc0 5>, <&adc0 6>*/
static uint8_t channel_ids[ADC_NUM_CHANNELS] = {
DT_IO_CHANNELS_INPUT_BY_IDX(DT_PATH(zephyr_user), 0),
DT_IO_CHANNELS_INPUT_BY_IDX(DT_PATH(zephyr_user), 1),
DT_IO_CHANNELS_INPUT_BY_IDX(DT_PATH(zephyr_user), 2)
};
主函数实现：
void main(void)
{
/*获取adc设备实例*/
const struct device *dev_adc = DEVICE_DT_GET(ADC_NODE);
...
/*设置使用到的每个adc通道*/
for (uint8_t i = 0; i < ADC_NUM_CHANNELS; i++) {
channel_cfg.channel_id = channel_ids[i];
adc_channel_setup(dev_adc, &channel_cfg);
sequence.channels |= BIT(channel_ids[i]);
}
/*获取参考电压(内部)*/
int32_t adc_vref = adc_ref_internal(dev_adc);
printk("adc_vref %d.\n", adc_vref);
while (1) {
/*获取adc采样值*/
err = adc_read(dev_adc, &sequence);
for (uint8_t i = 0; i < ADC_NUM_CHANNELS; i++) {
int32_t raw_value = sample_buffer[i];
if (adc_vref > 0) {
int32_t mv_value = raw_value - 2048;
/*将获取的采样值转换为电压值(mV)*/
adc_raw_to_millivolts(adc_vref, ADC_GAIN_1,
ADC_RESOLUTION, &mv_value);
/*打印原始采样值和转换后电压值*/
printk(" adc(%d)= %d mV ", raw_value, mv_value);
}
}
}
}
代码处理中在原始采样值和转换电压值前将原始采样值减2048：
mv_value = raw_value - 2048;
这样处理的原因：
通常被采集电压为0V ~ 3.3V，为匹配运算，在采样值转电压值前减2048采样值，并将采样精度设置为11bit，通过adc_raw_to_millivolts接口转换后的电压值(mV)范围及为0V ~ 3.3V。
| 参考电压 | 待采样电压值范围 | 采样精度 | 采样值 | 0V对应的采样值 |
|---|---|---|---|---|
| 3.3V | -3.3V~3.3V | 12it | 0~4096 | 2048 |
| 3.3V | 0V~3.3V | 11bit | 0~2048 | 0 |
¶ 编译和烧录
¶ 编译
在app根目录下通过以下指令完成编译：
lisa zep build -b csk6011a_nano
¶ 烧录
csk6011a_nano开发板通过USB连接PC，通过烧录指令完成烧录：
lisa zep flash
¶ 查看结果
CSK6-NanoKit通过板载DAPlink虚拟串口连接电脑，或者将CSK6-NanoKit的日志串口A03 TX A02 RX外接串口板并连接电脑。
- 通过lisa提供的
lisa term命令查看日志 - 或者在电脑端使用串口调试助手查看日志，默认波特率为115200。
*** Booting Zephyr OS build 1ce26fc41a1d ***
ADC Sample start
adc_vref 3300.
adc(4095)= 3298 mV adc(2429)= 613 mV adc(3304)= 2023 mV
adc(4095)= 3298 mV adc(2429)= 613 mV adc(3330)= 2065 mV
adc(4095)= 3298 mV adc(2429)= 613 mV adc(3343)= 2086 mV
adc(4095)= 3298 mV adc(2429)= 613 mV adc(3347)= 2093 mV
adc(4095)= 3298 mV adc(2429)= 613 mV adc(3344)= 2088 mV
adc(4095)= 3298 mV adc(2428)= 612 mV adc(3346)= 2091 mV
adc(4095)= 3298 mV adc(2429)= 613 mV adc(3349)= 2096 mV
- 参考电压：
通过日志可以看到 adc内部参考电压为：adc_vref 3300。 - adc0 ch1:
adc0 ch1(gpiob_7)原始采样值为4095，转换后电压值为：3298 mV，和参考电压基本一致。 - adc0 ch5:
adc0 ch5为内部adc通道，电压值应为1/8VCC(VCC=5.0V)，实际采样值为2429，转换后电压值为：613 mV，与预期结果基本一致。 - adc0 ch6:
adc0 ch6在本sample中未使用，故忽略输出结果。
NOTE
更多关于ADC的详细信息可以在芯片规格书对应章节中查阅。