RT-Thread ADC 設備學習使用

目錄

前言

一、ADC 采樣基礎

• 1.1 ADC 通道
• 1.2 ADC 分辨率
• 1.3 ADC 采樣計算

二、ADC 設備操作函數

• 2.1 查找 ADC 設備
• 2.2 使能/關閉 ADC 通道
• 2.3 讀取采樣值

三、ADC 設備示例

• 3.1 ADC 設備使用步驟
• 3.2 測試

結語

前言

我曾經考慮過把 RT-Thread 常用的設備都寫完，其實通過前面的《全面認識 RT-Thread I/O 設備模型》文章學習，以及 UART 和 PIN設備的學習分析，對于 RT-Thread 其他的一些設備 自己看資料基本都可以用起來了，都是同樣的思路，自己寫寫程序測試都可以用起來了。

再加上 RT-Thread 有很多軟件包，正真的我們實際的普通應用中需要自己寫的也不會太多（除非你使用的設備傳感器是小眾品牌或者新品，那根據前面文章也刻意自己嘗試把驅動寫好），所以我再簡單的測試幾個典型的設備，設備驅動篇也就算更新完了。

本文相對比較輕松，測試一下簡單的 ADC 設備。

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本 RT-Thread 專欄記錄的開發環境：
RT-Thread記錄（一、RT-Thread 版本、RT-Thread Studio開發環境 及 配合CubeMX開發快速上手）
RT-Thread記錄（二、RT-Thread內核啟動流程 — 啟動文件和源碼分析）
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RT-Thread 設備篇系列博文鏈接：
RT-Thread記錄（十、全面認識 RT-Thread I/O 設備模型）
RT-Thread記錄（十一、I/O 設備模型之UART設備 — 源碼解析）
RT-Thread記錄（十二、I/O 設備模型之UART設備 — 使用測試）
RT-Thread記錄（十三、I/O 設備模型之PIN設備）

一、ADC 采樣基礎

ADC(Analog-to-Digital Converter) 模數轉換器，把模擬信號轉化為數字信號，比較簡單。在我們測試之前簡單的說明 ADC 使用的幾個基本點：

1.1 ADC 通道

對于現在的 MCU 來說，一般都有 ADC 引腳，將需要檢測的模擬量連接至對應的 IO 口，做好配置就能使用，對于我們測試使用的 STM32 來說，其 ADC 通道對應關系我在以前 STM32 筆記文章中有過記錄，如下表格：

1.2 ADC 分辨率

分辨率以二進制（或十進制）數的位數來表示，一般有8位、10位、12位、16位等。

對于我們測試使用的 STM32F1xx 系列的芯片來說，他們的 ADC 最大支持12位，這個在 STM32 芯片手冊中可以看到：

截圖是為了說明很多資料其實都是官方文檔中會說明，當然官方文檔是英文版本的，再次聲明一下，學習一個芯片最好的資料就是官方文檔 。

很多常見的問題你或許可以網上搜索就能找到，但是如果一個新的芯片，網上參考資料少，你得想起來官方文檔！

分辨率是什么概念?

比如一個ADC設置為 12 位的分辨率，2 的12 次方 = 4096，簡單來說就是這個 ADC 設備把他的量程分為 4096 份：0 ~ 4095 最大值 4095 就等于他量程的最大值。
一般來說我們使用 STM32 VDDA引腳都是直接連接3.3V，所以STM32 ADC的量程為 0~ 3.3V 。如果讀到 4095 的ADC 值，就表示讀到的電壓為 3.3V 。

至于12位分辨率是除 4095 還是 4096 ，這個其實網上各有說法，用 4095 的可能占大多數，實際上結果相差不大。

1.3 ADC 采樣計算

我們 ADC 讀取到的是數字量，數字量表示并不直觀，所以一般我們最終還是要轉化成模擬量，轉化的公式在以前 STM32 使用記錄文章中也有過，如下圖：

根據上文說明，只要在電路設計的時候 STM32 的 VDDA 引腳是直接與3.3V 連接的，就可以用如下公式計算：

最終讀出的電壓值 = VDDA（一般來說是3.3V）* 讀到的 ADC 的值（理解為實際讀到了多少份）/ 4095 (12位分辨率)。

二、ADC 設備操作函數

從本文開始我們就不分析設備的驅動實現原理了，前面的 UART 和 PIN 設備已經很透徹了，感興趣大家都可以自己查看源碼分析。

ADC設備操作函數，還是比較簡單的，就4個：

2.1 查找 ADC 設備

rt_device_find以前就見過的，I/O 設備模型通用的查找函數：

/*
參數 	描述
name 	ADC 設備名稱
返回 	——
設備句柄 	查找到對應設備將返回相應的設備句柄
RT_NULL 	沒有找到設備
*/
rt_device_t rt_device_find(const char* name);

但是這里需要額外說明的是，使用此函數查找 ADC 設備需要強制轉換一下，我們定義用來接收的設備句柄不是使用rt_device_t ，而應該使用rt_adc_device_t：

2.2 使能/關閉 ADC 通道

根據自己使用的 GPIO 引腳（對應上文 ADC 通道表格），對 ADC 通道進行使能和關閉。

使能 ADC 通道：

/*
參數 	描述
dev 		ADC 設備句柄
channel 	ADC 通道
返回 	——
RT_EOK 		成功
-RT_ENOSYS 	失敗，設備操作方法為空
其他錯誤碼 	失敗
*/
rt_err_t rt_adc_enable(rt_adc_device_t dev, rt_uint32_t channel)

關閉 ADC 通道：

/*
參數 	描述
dev 		ADC 設備句柄
channel 	ADC 通道
返回 	——
RT_EOK 		成功
-RT_ENOSYS 	失敗，設備操作方法為空
其他錯誤碼 	失敗
*/
rt_err_t rt_adc_disable(rt_adc_device_t dev, rt_uint32_t channel)

2.3 讀取采樣值

/*
參數 	描述
dev 	ADC 設備句柄
channel 	ADC 通道
返回 	——
讀取的數值 	
*/
rt_uint32_t rt_adc_read(rt_adc_device_t dev, rt_uint32_t channel)

三、ADC 設備示例

ADC的原理以及操作函數都比較簡單，我們在 RT-Thread Studio 使用 ADC 設備，反倒是他的使用步驟需要稍微注意一下:

3.1 ADC 設備使用步驟

我們以前講過，在 RT-Thread 工程中，所有的外設的配置都是在 board.h 文件中，我們可以查看其中關于 ADC 使用步驟的注釋：

1、首先，在 RT-Thread Studio 工程中，打開 RT-Thread Settings，使能 ADC 驅動，如下圖所示：

接著上圖的操作，通過組件欄目打開 ADC 驅動，退出保存：

2、 宏定義 #define BSP_USING_ADC1（這里需要確定自己準備使用哪一個 ADC）：

3、找一個 ADC 初始化的代碼，通過STM32CubeMX 配置：

我們按照系列文章第一篇：RT-Thread記錄（一、RT-Thread 版本、RT-Thread Studio開發環境 及 配合CubeMX開發快速上手） 來使用STM32CubeMX 進行配置：

設置完成后記得看一下 ADC 時鐘部分：

完成后直接生成代碼（不要打開，回到 RT-Thread Studio 如果彈出界面點擊確認）然后可以發現工程中已經更新了 adc.h ：

到這一步，我們已經能夠找到我們需要的 HAL_ADC_MspInit 文件了，通過 adc.h 頭文件找到 adc.c 文件中的這個函數：

4、 把HAL_ADC_MspInit 函數復制到 board.c 文件最后面，如下圖：

5. 修改 stm32xxxx_hal_config.h 文件，使能 ADC 模塊：

這里我們要注意下一下，我們使用過 STM32CubeMX ，所以這個文件的位置發生了變化，這個在以前講過，具體看圖：

其實我們使用 STM32CubeMX 設置過 ADC 以后，這最后一步我們不需要修改，因為在文件中 CubeMX已經修改好了：

到這里，ADC 的配置就算全部完成了，我們可以直接在應用程序中，使用 ADC 設備操作函數實現ADC 的讀取。

3.2 測試

基于上面的步驟，我們直接在應用層調用接口，直接放一張圖說明：

測試結果：

開發板的供電不是標準的3.3V，而是3.28V，所以最終結果計算出來有點誤差= =！

結語

本文學習的 ADC 設備操作使用比較簡單，反倒是他的使用配置相對來說復雜一點。

寫完 ADC 設備，計劃再測試一個 SPI 設備，就要做設備驅動小結了，I/O 設備模型部分其實前面幾篇博文學會了，也就會了，其他的只不過是需要花時間看一看。