SAM4E單片機(jī)之旅——18、通過AFEC(ADC)獲取輸入的電壓

　　很多時(shí)候，一個(gè)電壓不僅僅需要定性(高電平或者低電平)，而且要定量(了解具體電壓的數(shù)值)。這個(gè)時(shí)候就可以用到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)了。這次的內(nèi)容是測(cè)量開發(fā)板搭載的滑動(dòng)變阻器(VR1)的電壓，然后把ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過UART打印出來。同時(shí)，也簡(jiǎn)單介紹了校準(zhǔn)的方法。

　　SAM4E芯片中，ADC是由AFEC管理的。同時(shí)，AFEC可以使用一個(gè)多路復(fù)用器以選擇需要轉(zhuǎn)換的信號(hào)的通道，也可以通過平均多次ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果以提高轉(zhuǎn)換精確度。

　　一、 電路圖

　　通過順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)該變阻器，PB1引腳電壓將變大，其電壓變化范圍為0—3.3V。使用的AFEC為AFEC0，通道編號(hào)為5。

　　通過JP3可以選擇參考電壓的大小。默認(rèn)情況下，參考電壓為3.3 V。

　　需要注意的是，而在JP3短接2、3腳時(shí)，參考電壓為3.0 V。

　　二、 ADC電氣特性

　　該AFEC有效的時(shí)鐘范圍為1—20 MHz，最大采樣頻率是1 MHz。同時(shí)也需記下啟動(dòng)、跟蹤、設(shè)置等時(shí)間，這在使用AFEC時(shí)會(huì)用到。另外，傳送時(shí)間在芯片手冊(cè)中沒有詳細(xì)說明，只說明將TRANSFER字段設(shè)置為1。

　　由于需要使用較高波特率進(jìn)行UART通信，所以將MCK設(shè)置為96 MHz。在此情況下，能設(shè)置的最高的AFEC時(shí)鐘頻率為16 MHz(將AFEC_MR的PRESCAL參數(shù)設(shè)置為2)，即每個(gè)AFEC時(shí)鐘的周期為62.5 ns。

　　由此可以計(jì)算出，從關(guān)閉狀態(tài)下，完全啟動(dòng)AFEC最多需要512個(gè)AFEC時(shí)鐘。在實(shí)際應(yīng)用中，這個(gè)數(shù)字可以減小。

　　三、 AFEC初始化

　　準(zhǔn)備工作為將MCK設(shè)置為96 MHz，開啟UART并讓printf通過UART輸出。

　　PMC及GPIO設(shè)置。

　　AFEC工作模式。有兩個(gè)寄存器可以設(shè)置AFEC的工作模式：

　　AFEC0->AFEC_MR =

　　AFEC_MR_TRGEN_DIS // 關(guān)閉硬件觸發(fā)

　　| AFEC_MR_SLEEP // 轉(zhuǎn)換完成后進(jìn)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 // 進(jìn)行 12bit 采樣

　　;

　　設(shè)置增益參數(shù)及關(guān)閉差分模式：

AFEC0->AFEC_CGR = AFEC_CGR_GAIN5(0);

　　AFEC0->AFEC_DIFFR &= ~((uint32_t)1 << 5); // 不使用差分模式

　　啟用通道：

　　1AFEC0->AFEC_CHER = AFEC_CHER_CH5;

　　四、 實(shí)現(xiàn)

　　轉(zhuǎn)換指定通道的輸入

　　uint16_t GetADCValue(int ch)

　　{

　　// 軟觸發(fā)以開始轉(zhuǎn)換

　　AFEC0->AFEC_CR = AFEC_CR_START;

　　// 等待轉(zhuǎn)換完成(通過查詢相應(yīng)的EOC位判斷轉(zhuǎn)換是否完成)

　　while ((AFEC0->AFEC_ISR & (1<<CH) )="=" 0);< p> 

　　// 設(shè)置通道選擇寄存器，使AFEC_CDR顯示指定通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果

　　AFEC0->AFEC_CSELR = AFEC_CSELR_CSEL(ch);

　　return AFEC0->AFEC_CDR;

　　}

　　輪詢滑動(dòng)變阻器的電壓，并在電壓波動(dòng)超過指定閥值時(shí)打印出當(dāng)前電壓。

　　const int min_diff = 10; // 閥值

　　int diff;

　　uint16_t adcv; // ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果

　　uint16_t last_adcv = ~0;

　　while(1){

　　adcv = GetADCValue(5);

　　//判斷電壓波動(dòng)是否超過閥值

　　diff = (int32_t)adcv - last_adcv;

　　if (!(diff > (-min_diff) && diff < min_diff))

　　{

　　last_adcv = adcv;

　　printf("%dnr", (int)adcv);

　　}

　　// 等待

　　for (volatile int i=0; i< 0xFFFF; ++i);

　　}

　　五、 校準(zhǔn)

　　在運(yùn)行該示例時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)滑動(dòng)變阻器VR1逆時(shí)鐘旋至極限，即PB1引腳電壓為0V時(shí)，ADC的輸出為2048左右。而當(dāng)PB1電壓約為3.3 V的一半時(shí)，ADC輸出值約為4095——即達(dá)到輸出的最大值。

　　可以推測(cè)出存在一個(gè)約為2048的偏移誤差。這個(gè)誤差在一個(gè)ASF的示例中被提及：“AFEC內(nèi)部的偏移為0x800……”。所以我們需要對(duì)此進(jìn)行校準(zhǔn)：

　　AFEC0->AFEC_CSELR = 5;

　　//AFEC內(nèi)部偏移為 0x800

　　//該校準(zhǔn)在參考電壓為3.3V 時(shí)有效

　　AFEC0->AFEC_COCR = AFEC_COCR_AOFF(0x800);

　　AFEC_COCR的寄存器是作用于AFEC內(nèi)部的DAC的：

　　同時(shí)，通過該模塊圖也可以知道增益與偏移校準(zhǔn)作用于輸入V的方式如下：

　　偏移電壓：

　　V_offset = ( offset / 4096 ) * V_ref

　　ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電壓：

　　V_adc_in = ( V – V_offset) * gain

　　最后，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值加上0x800。