SAM4E单片机之旅——18、通过AFEC(ADC)获取输入的电压

发布者:konglingdeyuan最新更新时间:2017-01-07 来源: eefocus关键字:SAM4E单片机  AFEC  ADC 手机看文章 扫描二维码
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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。

 

一、 电路图

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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。

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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

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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。

  1. PMC及GPIO设置。

  2. AFEC工作模式。有两个寄存器可以设置AFEC的工作模式:

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    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
            ;
  3. 设置增益参数及关闭差分模式:

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    AFEC0->AFEC_CGR = AFEC_CGR_GAIN5(0);
    AFEC0->AFEC_DIFFR &= ~((uint32_t)1 << 5); // 不使用差分模式
  4. 启用通道:

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    AFEC0->AFEC_CHER = AFEC_CHER_CH5;

 

四、 实现

  1. 转换指定通道的输入

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    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<
        // 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;
    }
  2. 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。

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    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:

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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:

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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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