SAM4E单片机之旅——18、通过AFEC(ADC)获取输入的电压
2014-02-28 14:34
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很多时候,一个电压不仅仅需要定性(高电平或者低电平),而且要定量(了解具体电压的数值)。这个时候就可以用到模数转换器(ADC)了。这次的内容是测量开发板搭载的滑动变阻器(VR1)的电压,然后把ADC转换的结果通过UART打印出来。同时,也简单介绍了校准的方法。
SAM4E芯片中,ADC是由AFEC管理的。同时,AFEC可以使用一个多路复用器以选择需要转换的信号的通道,也可以通过平均多次ADC转换的结果以提高转换精确度。
通过顺时针方向旋转该变阻器,PB1引脚电压将变大,其电压变化范围为0—3.3V。使用的AFEC为AFEC0,通道编号为5。
通过JP3可以选择参考电压的大小。默认情况下,参考电压为3.3 V。
需要注意的是,而在JP3短接2、3脚时,参考电压为3.0 V。
该AFEC有效的时钟范围为1—20 MHz,最大采样频率是1 MHz。同时也需记下启动、跟踪、设置等时间,这在使用AFEC时会用到。另外,传送时间在芯片手册中没有详细说明,只说明将TRANSFER字段设置为1。
由于需要使用较高波特率进行UART通信,所以将MCK设置为96 MHz。在此情况下,能设置的最高的AFEC时钟频率为16 MHz(将AFEC_MR的PRESCAL参数设置为2),即每个AFEC时钟的周期为62.5 ns。
由此可以计算出,从关闭状态下,完全启动AFEC最多需要512个AFEC时钟。在实际应用中,这个数字可以减小。
PMC及GPIO设置。
AFEC工作模式。有两个寄存器可以设置AFEC的工作模式:
设置增益参数及关闭差分模式:
启用通道:
轮询滑动变阻器的电压,并在电压波动超过指定阀值时打印出当前电压。
可以推测出存在一个约为2048的偏移误差。这个误差在一个ASF的示例中被提及:“AFEC内部的偏移为0x800……”。所以我们需要对此进行校准:
AFEC_COCR的寄存器是作用于AFEC内部的DAC的:
同时,通过该模块图也可以知道增益与偏移校准作用于输入V的方式如下:
偏移电压:
V_offset = ( offset / 4096 ) * V_ref
ADC进行转换的电压:
V_adc_in = ( V – V_offset) * gain
最后,将转换的数值加上0x800。
SAM4E芯片中,ADC是由AFEC管理的。同时,AFEC可以使用一个多路复用器以选择需要转换的信号的通道,也可以通过平均多次ADC转换的结果以提高转换精确度。
一、 电路图
通过顺时针方向旋转该变阻器,PB1引脚电压将变大,其电压变化范围为0—3.3V。使用的AFEC为AFEC0,通道编号为5。
通过JP3可以选择参考电压的大小。默认情况下,参考电压为3.3 V。
需要注意的是,而在JP3短接2、3脚时,参考电压为3.0 V。
二、 ADC电气特性
该AFEC有效的时钟范围为1—20 MHz,最大采样频率是1 MHz。同时也需记下启动、跟踪、设置等时间,这在使用AFEC时会用到。另外,传送时间在芯片手册中没有详细说明,只说明将TRANSFER字段设置为1。
由于需要使用较高波特率进行UART通信,所以将MCK设置为96 MHz。在此情况下,能设置的最高的AFEC时钟频率为16 MHz(将AFEC_MR的PRESCAL参数设置为2),即每个AFEC时钟的周期为62.5 ns。
由此可以计算出,从关闭状态下,完全启动AFEC最多需要512个AFEC时钟。在实际应用中,这个数字可以减小。
三、 AFEC初始化
准备工作为将MCK设置为96 MHz,开启UART并让printf通过UART输出。PMC及GPIO设置。
AFEC工作模式。有两个寄存器可以设置AFEC的工作模式:
AFEC0->AFEC_MR = AFEC_MR_TRGEN_DIS // 关闭硬件触发 | AFEC_MR_SLEEP // 转换完成后进入睡眠模式 | AFEC_MR_PRESCAL(2) // AFEC CLK = 96M / 6 = 16 M | AFEC_MR_STARTUP_SUT512 // MAX 32 us | AFEC_MR_SETTLING_AST3 // MIN 100 ns | AFEC_MR_ANACH_ALLOWED | AFEC_MR_TRACKTIM(2) // MIN 160 ns | AFEC_MR_TRANSFER(1) | AFEC_MR_USEQ_NUM_ORDER ; AFEC0->AFEC_EMR = AFEC_EMR_RES_NO_AVERAGE // 进行 12bit 采样 ;
设置增益参数及关闭差分模式:
AFEC0->AFEC_CGR = AFEC_CGR_GAIN5(0); AFEC0->AFEC_DIFFR &= ~((uint32_t)1 << 5); // 不使用差分模式
启用通道:
AFEC0->AFEC_CHER = AFEC_CHER_CH5;
四、 实现
转换指定通道的输入uint16_t GetADCValue(int ch) { // 软触发以开始转换 AFEC0->AFEC_CR = AFEC_CR_START; // 等待转换完成(通过查询相应的EOC位判断转换是否完成) while ((AFEC0->AFEC_ISR & (1<<ch) )== 0); // 设置通道选择寄存器,使AFEC_CDR显示指定通道的转换结果 AFEC0->AFEC_CSELR = AFEC_CSELR_CSEL(ch); return AFEC0->AFEC_CDR; }
轮询滑动变阻器的电压,并在电压波动超过指定阀值时打印出当前电压。
const int min_diff = 10; // 阀值 int diff; uint16_t adcv; // ADC转换的结果 uint16_t last_adcv = ~0; while(1){ adcv = GetADCValue(5); //判断电压波动是否超过阀值 diff = (int32_t)adcv - last_adcv; if (!(diff > (-min_diff) && diff < min_diff)) { last_adcv = adcv; printf("%d\n\r", (int)adcv); } // 等待 for (volatile int i=0; i< 0xFFFF; ++i); }
五、 校准
在运行该示例时,发现当滑动变阻器VR1逆时钟旋至极限,即PB1引脚电压为0V时,ADC的输出为2048左右。而当PB1电压约为3.3 V的一半时,ADC输出值约为4095——即达到输出的最大值。可以推测出存在一个约为2048的偏移误差。这个误差在一个ASF的示例中被提及:“AFEC内部的偏移为0x800……”。所以我们需要对此进行校准:
AFEC0->AFEC_CSELR = 5; //AFEC内部偏移为 0x800 //该校准在参考电压为3.3V 时有效 AFEC0->AFEC_COCR = AFEC_COCR_AOFF(0x800);
AFEC_COCR的寄存器是作用于AFEC内部的DAC的:
同时,通过该模块图也可以知道增益与偏移校准作用于输入V的方式如下:
偏移电压:
V_offset = ( offset / 4096 ) * V_ref
ADC进行转换的电压:
V_adc_in = ( V – V_offset) * gain
最后,将转换的数值加上0x800。
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