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版本 b08f486339e831b4e1477164c0750b1266b04a83

ADC

Introduction

數位類比轉換器(Analog-to-digital coverter)，用於將類比形式的連續訊號轉換為數位形式的離散訊號的一類設備。

.. image:: /圖片2.png 取樣率(Sampling rate) ———————- - 類比訊號在時域上是連續的，因此可以將它轉換為時間上連續的一系列數位訊號。這樣就要求定義一個參數來表示新的數位訊號取樣自類比訊號速率。 - 這個速率稱為轉換器的取樣率(sampling rate)或取樣頻率(sampling frequency)。

解析度(Resolution)

  • 對於允許範圍內的類比訊號，它能輸出離散數位訊號值的個數。
  • 這些訊號值通常用二進制數來存儲，因此解析度經常用位元作為單位，且這些離散值的個數是2的冪指數。
  • 例如，一個具有8位解析度的類比數位轉換器可以將類比訊號編碼成256個不同的離散值（因為2^8 = 256）。

.. image:: /adc_convert.png

ADC on STM32F4

  • 共有3個12-bit ADC 在開發板上，且可量測16個外部訊號源及2個內部訊號源。
  • 有12-bit, 10-bit, 8-bit or 6-bit共4種可選擇的解析度。
  • 每個通道的A/D轉換可以使用單次、連續、掃描或間斷模式執行。
  • ADC的結果可以左對齊或右對齊的方式儲存於16-bit暫存器中。

.. image:: /ADC on STM32F4

Independent Mode

Single-channel, single conversion mode ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 此模式只會針對單一通道執行單次轉換，且完成轉換後則停止。 - 可用來檢查電壓來決定系統是否可以啟動。

.. image:: /SSM.png

Multichannel (scan), single conversion mode ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 此模式可使用多個通道依序執行單次轉換，最多可以達到16個通道且可使用不同的取樣時間及不同的通道順序。 - 可用來檢查多種訊號(如電壓、壓力、溫度等)來確保系統可以啟動。

.. image:: /MSM.png

  • 下圖是個例子:

.. image:: /MSMex.png

Single-channel continuous conversion mode ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 此模式以單一通道連續執行轉換。 - 可讓ADC在背景連續執行，且CPU不會干預。 - 另外可利用DMA的circular mode降低CPU的負擔。 - 可用來監控電池電壓或是量測溫度。

.. image:: /SCM.png

Multichannel (scan) continuous conversion mode ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - 此模式與Multichannel (scan), single conversion mode類似，但執行至最後一個通道後不會停止，而是會回到第一個通道執行轉換。 - 可用來量測多組電壓及溫度，像是電池充電器，可監控每個電池的電壓及溫度，當電壓或溫度到達最達最大值時必須能將電池斷路。

.. image:: /MCM.png

ADC Voltage Measurement

::

ConvertedVoltage = ConvertedValue*VDD/4095;

ADC Temperature Measurement

.. image:: /formula.png ::

ConverTemp= ((((ConverValue*VDD)/4095)-V25)/Slope + 25;

Demo

.. image:: /ADC_battery.jpg

.. image:: /ADC_pin.jpg

Questions

    1. ADC的轉換時間有多快? 不一定隨著條件而變，Sample Time跟温度以及内部電路的rc有關

::

Tconv = Sample Time + 12 cycles ( 12-bit resolution ) Sample Time = [3 - 480] cycles Total conversion time = [0.50 - 16.40] µs，with ADCCLK = 30MHz. So, Sample Time must > 16.4µs 。

.. image:: /table7.jpg

    1. Bandwidth大小為多少?
    1. 頻率響應為多少,可容忍的最大頻率呢? 在Datasheet中，因為我們參考電壓VDD為2.97V，故Frequency為[0.6-36]MHz。

.. image:: /table6.jpg

    1. ADC在Stm32的flow中,會經過的,會用到的電路和元件有哪些? 有External Event Trigger(e.g. timer capture,EXTI)，GPIO ports，External/Internal Reference Voltage，Analog to Digital convert core， Temperature Sensor，Analog Multiplexer，Injected/Regular data register，Analog watchdog，Address/date bus，ADC Clock…。

.. image:: /22.JPG

STM32F407xx Reference Manual<http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/REFERENCE_MANUAL/DM00031020.pdf>_ 參照P264 ADC block diagram

    1. 測試的接法?
    1. ADC的公式在哪裡找到? STM32F407xx Reference Manual<http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/REFERENCE_MANUAL/DM00031020.pdf>_ 在 10.10 Temperature sensor 中溫度轉換公式為

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Temperature (in °C) = {(VSENSE – V25) / Avg_Slope} + 25
Where: V25 = VSENSE value for 25° C、 Avg_Slope = average slope of the temperature vs. VSENSE curve (given in mV/°C or μV/°C)
    1. 溫度的範圍? STM32F407xx Reference Manual<http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/REFERENCE_MANUAL/DM00031020.pdf>_ 在 10.10 Temperature sensor 中提到 Supported temperature range: –40 to 125 °C, Precision: ±1.5 °C。
    1. 當在測量輸出電壓時,三用電表在pin腳上量到的電壓大小與gdb上所取得到的值得誤差有多少?
    1. 如何先做溫度上的校準?
    1. 整個程式上的架構為如何?
    1. 如何選擇mode? Scan or Continuous? Two groups => a.Regular group。(16 channels) b.Injected group。(2 channels)

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1.Single conversion mode => ADC dose one conversions。

2.Continuous conversion mode => ADC stars a new conversion as soon as is finishes one。

3.Scan mode => This mode is used to scan a groupof analog channels。

4.Discontinuous mode => Regular group。( n conversions,n<=8 )

    1. 若想要取得其他外部Sensor的Anolog值,要如何取得? 利用GPIO，設定要接出的Pin腳，並連接至外部訊號上。
    1. 頻率除以4要幹嘛?不除頻又會怎樣? 頻率目的是方便操作與計算，因為我們設定Sample/Convert Time，單位是cycle，

    而 ADCCLK generates from APB2，fPCLK = 84MHz，1 cycle = 0.0119 µs，溫度感測時間需要17 µs。

    若設定1個cycle=0.0119 µs，則需要1428個cycles，但是ADC_Sample_Time 支援上限為480 Cycles。

    1. ExternalTrigConvEdge和ExternalTrigConv是甚麼?觸發又是在幹嘛? 分別為以下︰
    • 1.ExternalTrigConvEdge

    .. image:: /table9.jpg

    • 2.ExternalTrigConv

    .. image:: /table10.jpg

    1. DMA跟ADC之間是在幹嘛的? 規則通道轉換後的數值儲存在一個唯一的暫存器中，所以當轉換多個規則通道時需要使用DMA，用來避免遺失已經儲存在ADC_DR暫存器的數據。

    只有在規則通道轉換結束後才能產生DMA的請求，並且將轉換後的數據從ADC_DR的暫存器傳輸到用戶指定的目的地位址。

    1. 為什麼要設定DMA,照我們我的作法是跑迴圈的方式去polling溫度的值?要做DMA的話會花幾個cycle?
    1. DMA_Mode_Circulur這mode在做甚麼用? 主要用來處理circular buffers和連續的data flow(像是ADC的scan mode)。

    當此模式啟動時，會將要傳送的資料載入在stream config所設定的初始值，且DMA request會持續服務。

    1. DMA2_Stream0是甚麼?為什麼是以Stream的方式? DMA Stream 提供了一個source to destination的單方向傳輸的連結，像是周邊到記憶體或是記憶體到周邊。
    1. 用while loop可能會取得錯誤的值,也可能會浪費資源?
    1. 溫度的sampling rate設成20MHz會不會太高,或許1KHz會差不多,開發程式中要call api時,config中值是否可參數化? 溫度的Sample Time是經由公式計算出，無法設定，Datasheet有提供公式，需要設定是Sample Time必須大於取樣時間的MAX值，

    您的問題應該是Sampling Rate(取樣頻率)，就根據使用者需求來設定轉換模式，並算出轉換頻率。

.. image:: /table8.jpg

Reference

  • Analog-to-digital converter - Wikipedia, the free encyclopedia<http://en.wikipedia.org/wiki/Analog-to-digital_converter>_

  • 稀里糊塗學 STM32 - 第四講：白駒過隙</embedded/learn-stm32-part-4.pdf>_

  • STM32F407xx Datasheet<http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/DM00037051.pdf>_

  • STM32F407xx Reference Manual<http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/REFERENCE_MANUAL/DM00031020.pdf>_

  • STM32™’s ADC modes and their applications<http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/APPLICATION_NOTE/CD00258017.pdf>_