GD32的ADC模块简介

ADC模块简介

• 驱动板所使用的主控芯片为GD32C103CB，该芯片总共有2个ADC单元，即ADC0、ADC1，因为驱动板上使用的是LQFP48封装，所以该芯片的每个ADC单元只有10个外部模拟输入通道，并且共用相同的GPIO口，这10个外部模拟输入通道依次的对应关系为:
  • PA0(ADC01_IN0)：ADC0或ADC1的外部模拟输入通道0
  • PA1(ADC01_IN1)：ADC0或ADC1的外部模拟输入通道1
  • PA2(ADC01_IN2)：ADC0或ADC1的外部模拟输入通道2
  • PA3(ADC01_IN3)：ADC0或ADC1的外部模拟输入通道3
  • PA4(ADC01_IN4)：ADC0或ADC1的外部模拟输入通道4
  • PA5(ADC01_IN5)：ADC0或ADC1的外部模拟输入通道5
  • PA6(ADC01_IN6)：ADC0或ADC1的外部模拟输入通道6
  • PA7(ADC01_IN7)：ADC0或ADC1的外部模拟输入通道7
  • PB0(ADC01_IN8)：ADC0或ADC1的外部模拟输入通道8
  • PB1(ADC01_IN9)：ADC0或ADC1的外部模拟输入通道9
• 由上述我们可以得到关于ADC的大致信息，在芯片中总共有2个ADC采样单元，有10共用的外部外部输入通道，即每个ADC采样单元都可以对10个通道中的任意一个进行采样转换，显然若要充分利用好者10个外部通道，那ADC采样模块必定需要按照一定规则在通道之间进行切换，由此引出以下内容

单个ADC模块

• 根据上图我们可以大致了解单个ADC模块内部的原理，ADC模块的外部通道可设置为规则通道组或则注入通道组，在接收到触发信号后ADC模块便会对相应的外部输入通道进行采样转换，其转换后得到的数值分别放入规则数据寄存器(1个)以及注入规则寄存器(4个)中

1. 规则组和注入组

• 若要使用外部通道来进行采样转换，则需要先对其进行分组设置，因为不同分组的优先级以及转换结果存放的位置等是不同的；规则通道组和注入通道组都可以设置1个或者多个外部通道，并且分组内的通道也需进行排序编号
  • 规则组：最多可以设置16个通道(该芯片只有10个外部通道，所以最多10个)，使用时需要先设置规则组的长度(ADC_RSQ0寄存器的RL[3:0]位)以及规则组内各个通道的排序编号(ADC_RSQ0~ADC_RSQ2寄存器)
  • 注入组：最多可以设置4个通道，使用时需要先设置注入组的长度(ADC_ISQ寄存器的IL[1:0]位)以及注入组内各通道的排序编号(ADC_ISQ寄存器)

1. 转换模式

• 现在我们已经将要使用的外部通道进行了分组设置，此时我们便建立了外部输入通道与ADC模块的联系，目前我们是假设只有1个ADC模块，若我们只是使用了1个外部通道，那毫无疑问ADC模块可以专心致志的对该通道进行采样转换；但是若使用的通道大于1个，那这些外部通道就需要共用1个ADC模块，因此ADC模块需要在不同的外部通道之间进行切换，这个时候就需要制定一些规则，即转换模式

• 当只需要对1个外部通道进行采样时，只需要设置以下两种模式中的一种：

  • 单次转换模式：该模式既能运行在规则组内，也能运行在注入组内；在该模式下，每次接收到触发信号便会对分组内排序编号为0(即第1个转换通道，由ADC_RSQ2寄存器的RSQ0[4:0]位或
    ADC_ISQ寄存器的ISQ3[4:0]位规定)进行1次采样转换
    

  • 连续转换模式：该模式运行在规则组内；在该模式下，只需要接收1次触发信号，便会对分组内排序编号为0(即第1个转换通道，由ADC_RSQ2寄存器的RSQ0[4:0]位规定)进行连续的采样转换
    

• 当需要对多个外部通道进行采样时，除了需要设置以上两种模式外，还需进一步设置以下两种模式：

  • 扫描转换模式：该模式可以运行在规则组或者注入组内；顾名思义，在该模式下ADC会根据之前设置好的组内各通道的排序编号依次进行采样；值得注意的是，该模式需要与连续转换模式搭配使用，当连续扫描模式被禁用时，每次接收到触发信号后，ADC模块只会将组内所有通道依次采样依次，当连续扫描模式使能时，只需要接收1次触发信号，ADC模块便会按照顺序对组内通道进行循环采样
    

  

  • 间断模式：该模式运行在规则组与注入组下的效果是不同的；在规则组中设置该模式时，则会将规则组内的通道再一次进行细分，分为长度为n(由ADC_CTL0寄存器的DISCNUM[2:0]位设置且n<=8)短序列，每次收到触发信号便会对1个细分序列内的通道进行采样，依次采样所有细分序列，直到分组内所有通道都转换完成；在注入组中设置该模式时，则每次收到触发信号便对组内的1个通道进行采样，依次进行，直到组内所有通道转换完成；注意规则组和注入组不能同时工作在间断模式
    

1. 注入通道管理

• 自动注入：在规则组通道之后，注入组通道被自动转换
• 触发注入：在规则通道转换时，若注入通道被触发，则取消当前转换，转而进行注入转换，待注入转换完成便返回上次被取消的转换处重新开始

多个ADC模块

1. 同步模式

• 上面我们了解了单个ADC模块的工作模式，但是在芯片有2个ADC模块，那在同时使用这2个ADC模块时，我们也不可避免的遇到它们之间的协调问题，此时我们也需要制定一些规则，即同步模式

• 在处于同步模式时，ADC0为主机，ADC1为从机；注意，当主ADC配置为由外部时间触发时，从ADC必须配置为软件触发，从而避免错误的触发引起不必要的转换，此外主ADC和从ADC的外部触发必须被使能；还有，即使DMA不使用也需要将DMA置位；

• 同步模式具体分为：

  • 独立模式：该模式下ADC同步被忽略，每个ADC都独立工作、

  • 规则并行模式：在该模式下，每次主ADC接收到触发信号，主ADC模块和从ADC模块便并行地对各自规则组内的通道进行依次采样，直到分组内的通道都采样完成；注意两路ADC不能同时对同一通道进行采样，且在并行模式下ADC0和ADC1并行采样的两个通道需要设置为准确的相同的采样时间
    

  • 注入并行模式：并行对各自注入组内的通道进行依次采样，细节同上
    

  • 快速交叉模式：此模式应用于规则组(通常只有一个通道)；在该模式下，每次主ADC收到触发信号后，ADC1立即启动，ADC0在7个ADC时钟周期后启动，此时如果ADC0和ADC1的连续转换模式都使能，那两个ADC都会连续地对各自的规则通道组进行采样转换
    

  • 慢速交叉模式：此模式应用于规则组(通常只有一个通道)；在该模式下，每次主ADC收到触发信号后，ADC1立即启动，ADC0在14个ADC时钟周期后启动；此时虽然两个ADC也都是连续的对各自的规则通道组进行采样，但不能将ADC设置为连续转换模式，否则无法满足间隔14个ADC时钟周期的要求
    

  • 交替触发模式：此模式运用于注入组；若两个ADC的间断转换模式被禁止，当主ADC第1次接收到触发信号，ADC0注入组的所有通道被转换，当主ADC第2次接收到触发信号，ADC1注入组的所有通道被转换，以此类推；若两个ADC的间断转换模式使能，当主ADC第1次接收到触发信号时转换ADC0第1个注入通道，当主ADC第2次接收到触发信号时转换ADC1的第1个注入通道，当主ADC第3次接收到触发信号时转换ADC0的第2个通道，当主ADC第4次接收到触发信号时转换ADC1的第2个通道，以此类推
    

  

  • 此外还有以上模式的组合体：规则并行和注入并行组合模式、规则并行与交替触发组合模式、注入并行和交叉组合模式

其他设置

• 由上所述我们已经了解了ADC使用的大致方法，此外还有一些具体的配置操作

1. 因为在使用ADC时其外部条件并不是一成不变的，所以在上电初始化ADC时应该先对其进行校准，在ADC模块中带有一个前置校准功能，通过设置ADC_CTL1寄存器中的CLB位启动校准，注意，在校准期间不能使用ADC，必须等到校准完成后
2. ADC时钟有RCU时钟控制器提供
3. 通过设置ADC_CTL1寄存器中的ADCON位可以使能或者禁止ADC
4. 模拟看门狗：当所监视的通道超过或低于所设置的阈值的范围时，便会触发相应的中断
5. 数据对齐：可设置为高字节对齐或者低字节对齐
6. 可编程的采样时间：可以通过 ADC_SAMPT0和ADC_SAMPT1寄存器对每个通道的采样时间进行设置，从而可以间接调整采样频率
7. 外部触发

• 既然要对外部输入通道进行采样，那我们必须告诉芯片什么时候开始采样，这个信号便是触发信号，我们可以通过ADC_CTL1寄存器的ETSRC[2:0]位来设置规则组的外部触发源，通过ADC_CTL1寄存器的ETSIC[2:0]位来设置注入组的外部触发源
  

1. DMA请求：ADC在规则组一个通道转换结束后产生一个DMA请求，DMA接收到请求后可以将转换的数据从ADC_RDATA寄存器传输到用户指定的目的地址
2. 温度传感器和内部参考电压VREFINT
3. 可编程分辨率(DRES)-快速转换模式
4. 片上硬件过采样
5. 计算采样值对应的模拟数值

• 当外部信号直接连接到ADC的外部输入端口时(外部电路增益Gain = 1)，此时根据之前设置的分辨率(n位)，以12位为例：
  • 外部输入电压 = (VREF+) * (采样转换数值 / (2^n - 1)) * Gain
  • 外部输入电流 = 外部输入电压 / 电阻