普冉（PUYA）單片機開發筆記(7): ADC-輪詢式多路采樣

概述

應用中經常會有使用單片機進行模數轉換的需求。PY32F003 具有 1 個 12 位的模擬數字轉換器（ADC），今天我們一起來使用一下這個 ADC。

數據手冊中對 ADC 簡介如下。

SAR ADC：逐次逼近式 ADC，原理參見“參考鏈接：什么是SAR ADC？ - 知乎”。12位采樣值的最大值4095。數據手冊上標明的最大可用通道數量是 8 個外部通道，但對照 PY32F003F18P 的管腳復用表，如果應用中還要使用 GPIO，LED，定時器和 UART 的話，可使用的外部 ADC 通道數最多不超過 6 個。對比于 PY32F003F18P 的 20 腳封裝和低廉的芯片價格，這樣的 MCU 可以在應用中采樣 6 個外部模擬量通道也是相當可觀的數量了。

PY32F003 可以在不使用外部晶振的情況下完成數模轉換，但其采樣精度還需要驗證。今天先嘗試著把 ADC 的功能跑通先。

實現代碼

參考在 STM32F103 上實現 ADC 的思路，在 PY32F003 上完成一下看。大致的步驟如下：

為 ADC1 指定 GPIO 管腳，并設置其復用功能
對 ADC1 進行初始化
在主循環中進行采樣和打印輸出

在 main.h 中增加和 ADC 相關的函數聲明

/** ----------------------------------------------------------------------------
* @name   : void ADC_Init(void)
* @brief  : ADC 初始化
* @param  : [in] None
* @retval : [out] void
* @remark :
*** ----------------------------------------------------------------------------
*/
void ADC_Init(void);/** ----------------------------------------------------------------------------
* @name   : HAL_StatusTypeDef ADC_Sample(char * sampleResult)
* @brief  : 獲取 ADC 的采樣結果，結果存放在 sampleResult 字符串中
* @param  : [in] None
* @retval : [out] HAL_HandleTypeDef. 操作成功返回 HAL_OK, 錯誤返回錯誤碼。
* @remark : sampleResult 是格式化的字符串，需要解析
*** ----------------------------------------------------------------------------
*/
HAL_StatusTypeDef ADC_Sample(char * sampleResult);

在 app_adc.c 文件中實現函數功能

在 Application/User 組增加 app_adc.c 文件，完整代碼如下。

/********************************************************************************* @file    app_adc.c* @brief   Application level Analog-Digital Conveter codes.******************************************************************************* @attention** Copyright (c) 2023 CuteModem Intelligence.* All rights reserved.** This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file* in the root directory of this software component.* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.********************************************************************************/#include "main.h"ADC_HandleTypeDef hadc;
uint32_t adc_value[3];/********************************************************************************************************
* @name   : HAL_StatusTypeDef ADC_Sample(char * sampleResult)
* @brief  : 獲取 ADC 的采樣結果，結果存放在 sampleResult 字符串中
* @param  : [in] None
* @retval : [out] HAL_HandleTypeDef. 操作成功返回 HAL_OK, 錯誤返回錯誤碼。
* @remark : sampleResult 是格式化的字符串，需要解析
********************************************************************************************************/
HAL_StatusTypeDef ADC_Sample(char * sampleResult)
{uint8_t i=0;if(HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc) != HAL_OK) return HAL_ERROR;HAL_ADC_Start(&hadc);                       //開始采樣for (i = 0; i < 3; i++){HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, 10000);  //等待ADC轉換adc_value[i] = HAL_ADC_GetValue(&hadc);   //獲取AD值}#if(1)// excel formatsprintf(sampleResult, "%d,%d,%d",(uint16_t)adc_value[0],(uint16_t)adc_value[1],(uint16_t)adc_value[2]);
#else// JSON formatsprintf(sampleResult, "[{\"C\":0,\"D\":%d}"",{\"C\":1,\"D\":%d}"",{\"C\":5,\"D\":%d}""]",(uint16_t)adc_value[0],(uint16_t)adc_value[1],(uint16_t)adc_value[2]);
#endif    HAL_ADC_Stop(&hadc); // 停止采樣return HAL_OK;
}void ADC_Init(void)
{ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};__HAL_RCC_ADC_FORCE_RESET();__HAL_RCC_ADC_RELEASE_RESET();__HAL_RCC_ADC_CLK_ENABLE();hadc.Instance = ADC1;if (HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc) != HAL_OK)                 //AD校準Error_Handler();/* Configure global features of the ADC1  */hadc.Init.ClockPrescaler        = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV1;       //ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2/4，分頻系數hadc.Init.Resolution            = ADC_RESOLUTION_12B;             //設置采樣位數hadc.Init.DataAlign             = ADC_DATAALIGN_RIGHT;            //右對齊hadc.Init.ScanConvMode          = ADC_SCAN_DIRECTION_FORWARD;     //掃描方向設置hadc.Init.EOCSelection          = ADC_EOC_SINGLE_CONV;            //ADC_EOC_SINGLE_CONV:單次采樣 ; ADC_EOC_SEQ_CONV:序列采樣hadc.Init.LowPowerAutoWait      = ENABLE;                         //ENABLE：讀取ADC值后,開始下一次轉換; DISABLE：直接轉換hadc.Init.ContinuousConvMode    = DISABLE;                        //ENABLE：連續模式, DISABLE：單次模式hadc.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;                        //非連續轉換模式設置hadc.Init.ExternalTrigConv      = ADC_SOFTWARE_START;             //觸發模式設置hadc.Init.ExternalTrigConvEdge  = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;  //外部觸發沿設置hadc.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;                        //DMA連續模式設置hadc.Init.Overrun               = ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN;       //ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN：過載時覆蓋,ADC_OVR_DATA_PRESERVED：保留舊值if (HAL_ADC_Init(&hadc) != HAL_OK) Error_Handler();               //初始化ADC/* Configure selected ADC channels  */sConfig.Channel      = ADC_CHANNEL_0;                             sConfig.Rank         = ADC_RANK_CHANNEL_NUMBER;                   sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_71CYCLES_5;                 if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig) != HAL_OK)             Error_Handler();sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;                                  sConfig.Rank = ADC_RANK_CHANNEL_NUMBER;                           sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_71CYCLES_5;                 if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig) != HAL_OK)             Error_Handler();sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_4;                                  sConfig.Rank = ADC_RANK_CHANNEL_NUMBER;                           sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_71CYCLES_5;                 if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig) != HAL_OK)             Error_Handler();
}

在 app_adc.c 中定義了業務所需的變量，功能函數也在一個 .c 文件中全部實現。這樣做是參考了面向對象的編程模式，遵循代碼/變量和功能解耦的原則，ADC 所需的全局變量都在 app_adc.c 中定義，main.c 中就不用再引用 ADC 相關的變量，也不用關心實現的細節了。唯一的接口就是 ADC_Sample() 函數的 sampleResult，sampleResult 定義為一個字符串具有很好的通用性，并隱藏了實現的細節。這里例子中被注釋掉的 JSON 串返回結果的代碼，在實際應用中，在上一層的業務邏輯處理是很方便的。當然 MCU 編程，一般不會采用 JSON 這種富文本的格式，這里只作為一種示例。

ADC_Sample() 函數中每次采樣之前都對 ADC 進行了校準，校準完成后開始采樣，采樣完畢后停止 ADC。

在 py32f0xx_hal_msp.c 文件中指定 GPIO 及其復用功能

/*** -----------------------------------------------------------------------* @name   : void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef *hadc)* @brief  : 初始化 ADC 相關 MSP* @param  : [in] *hadc, ADC handler pointer* @retval : void* @remark :* -----------------------------------------------------------------------
*/
void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};/*=============PA0/1/4初始化=============*/if (hadc->Instance == ADC1){__HAL_RCC_ADC_CLK_ENABLE();   /* Peripheral clock enable */__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /*ADC GPIO ConfigurationPA0     ------> ADC_IN0PA1     ------> ADC_IN1PA4     ------> ADC_IN5*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_4; // 指定 PA0/1/4GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;                    // 設置為模擬端口GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;                       // 下拉：無輸入時采樣值接近零HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);                     // 執行初始化}
}

按照廠家例程的文件組織，所有的 HAL_xxx_MspInit() 集中在 py32_f0xx_hal_msp.c 文件中，由于在 ADC_Init() 函數中調用了 HAL_ADC_Init() 函數，要調用 HAL_ADC_MspInit()，這個函數在 HAL 庫中的原型是 weak 類型的，并且是一個空函數，因此需要在實用中重寫。

當然，把 HAL_ADC_MspInit() 函數在 app_adc.c 文件中實現也是可以的。

修改 DEBUG 口的管腳映射

PY32F003 ADC1 的通道 0/1/5 復用了 PA0/1/4，之前的實驗中，PA1/0 被用作了 DEBUG 口 UART2，和 ADC1 的通道是沖突的，所以需要把 DEBUG 口對應的管腳挪走。查了數據手冊，AF4 組的 PA2/3 可以用作 UART2，修改 UART_Config() 如下。

除了修改管腳映射以外，中斷優先級等的不做修改。

HAL_StatusTypeDef USART_Config(void)
{// Using PA2/PA3 (TX/RX)HAL_StatusTypeDef conf_res = HAL_OK;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;gUartInited = 0;    //====================// USART2初始化//====================__HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();UartHandle.Instance = USART2;UartHandle.Init.BaudRate = 115200;UartHandle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;UartHandle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;UartHandle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;UartHandle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;UartHandle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;conf_res = HAL_UART_Init(&UartHandle);if(conf_res != HAL_OK) return conf_res;/**USART2 GPIO ConfigurationPA2     ------> USART2_TXPA3     ------> USART2_RX*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF4_USART2;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);HAL_NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 0, 3);    // 使能NVICHAL_NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn);            // 使能USART2中斷gUartInited = 1;return conf_res;
}

在 main.c 的主循環中采樣

int main(void)
{HAL_Init();             // systick初始化SystemClock_Config();   // 配置系統時鐘GPIO_Config();if(USART_Config() != HAL_OK) Error_Handler();         printf("[SYS_INIT] Debug port initilaized.\r\n");ADC_Init();printf("[SYS_INIT] ADC initilaized.\r\n");printf("\r\n+---------------------------------------+""\r\n|        PY32F003 MCU is ready.         |""\r\n+---------------------------------------+""\r\n         10 digits sent to you!          ""\r\n+---------------------------------------+""\r\n");if (DBG_UART_Start() != HAL_OK) Error_Handler();char sres[64]={0};uint8_t sIndex = 0;while (1){ BSP_LED_Toggle(LED3);if(sIndex % 2 == 0){if(ADC_Sample(sres) == HAL_OK){printf("%s\r\n", sres);}else{printf("Sample error.\r\n");}}sIndex ++;}HAL_Delay(500);
}

代碼中，主循環每 0.5s 翻轉一次 LED，每 1s 采樣一次。