版本 2ae88624da63c886406449a550b474246a22c347
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title: ADC
categories: 數位類比轉換器, ADC, Peripherals, STM32F4
...
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:: /embedded/ADC/圖片2.png
- 當嵌入式電子產品必須根據週遭環境的物理條件如溫度、壓力等產生適當反應，就必須由 ADC 將感測器採得的類比訊號轉為數位訊號。
- 自然界的訊號主要為類比訊號，時間與大小是連續的；adc 負責將類比訊號轉為數位訊號，時間與大小變成離散的。
.. image:: http://www.planetoftunes.com/digiaudio/dig_media/sampling_in_4_bit_convertor.gif
.. image:: /embedded/ADC/adc_convert.png
ADC的規格
========
根據**取樣率**與**解晰度**決定產生的數位訊號在時間、大小的離散程度。
**取樣率(Sampling rate)**
- 多久對輸入的類比訊號進行一次轉換。取樣率越高，所得到的數位訊號越連續，但要求較大空間存放資料及較快的資料處理速率。
**解析度(Resolution)**
- 能將當下的類比值轉為多準確的數位值。解析度越高，所得的訊號越精准，但要求每筆資料佔更多的位元數。
- 說明
- 類比訊號圖：橫軸表示時間，縱軸表示大小。取樣率是對橫軸做切割，解析度則對縱軸做切割。
- 因為訊號以二進位方式儲存，所以通常解析度會以位元作為單位。
- 例如 8 位元解析度（假設電壓上限為 0~5V）
- 則我們的訊號在接收時每個單位為（5V-0V）/(2^8-1)=0.0196V
- 若所得到的值為100則其實際上的電壓為 100 × 0.0196 = 1.96V
ADC 轉換公式
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- 以一個解析度為n bits的ADC來說，其轉換公式如下
::
ConvertedVoltage = ConvertedValue * VREF/(2^n-1);
其中Vref為參考電壓，通常介於VDD與VSS之間。
ADC on STM32F4
簡介STM32F4xx OnChip ADC
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- 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。
- ADC使用獨立電源，VDDA、VSSA，並且需要提供參考電壓Vref(VDDA > Vref > 1.8V)
- 在不同的VDDA下面，其取樣時間會有所差異
- 2.4V <= VDDA <= VDD for Full Speed
- 1.8 <= VDDA <= VDD for Reduced Speed
- 在DISCO板子上面，VRef = VDDA = VDD = 2.95V (3V)
- 這一塊晶片使用Successive approximation ADC，運作模式是使用DAC生成不同的電壓，來跟輸入比較，來測量輸入的值。
.. image:: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/6/61/SA_ADC_block_diagram.png/1024px-SA_ADC_block_diagram.png
ADC Block Diagram
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.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1383311801212_%E8%9E%A2%E5%B9%95%E5%BF%AB%E7%85%A7%202013-11-01%20%E4%B8%8B%E5%8D%889.14.26.png
**1. Analog MUX 類比多工器：**
將多個訊號源連接至 ADC, 可在上圖中的左下角看到有 16 組外部輸入 (ADCx_IN0~15)與兩組內部輸入, 經過類比多工器來做訊號源的選擇。
**2. Injected/Regular data register：**
每個 channel 都能配置成 injected or regular, regular 在啟動後 scan 時會依序進行轉換，而 injected 表示會等待外部訊號觸發轉換，觸發後以 injected 的轉換為優先處理。
**3. External/Internal Reference Voltage：**
ADC 所接受的電壓值在 GND 與參考電壓之間，注意其必須接上穩定的電壓源，否則計算上會不穩定。
**4. GPIO Port：**
當我們將GPIO Port設定成類比輸入的模式時，進來GPIO pin的原始訊號源在還沒經過施密特觸發器(Schmitt trigger)會有另一個線路將訊號做導向(導到ADC)
.. code-block::
/* 將GPIO轉為類比用途 */
GPIO_initStructre.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
.. image::
https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1384160168223_GPIO_basic_src.PNG
Refer to `GPIO Presentation<http://wiki.csie.ncku.edu.tw/embedded/GPIO>`_
**5. Analog Watchdog：**
用來監控採樣結果，如果超出預設範圍就打斷轉換並發出中斷。
ADC Unit & Channel Bus Connections
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ＣＨＡＮＮＥＬ ＡＤＣ1 ＡＤＣ2 ＡＤＣ3
ＡＰＢ 2 2 2
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 0 ＰＡ0 ＰＡ0 ＰＡ0
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 1 ＰＡ1 ＰＡ1 ＰＡ1
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 2 ＰＡ2 ＰＡ2 ＰＡ2
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 3 ＰＡ3 ＰＡ3 ＰＡ3
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 4 ＰＡ4 ＰＡ4 ＰＦ6
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 5 ＰＡ5 ＰＡ5 ＰＦ7
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 6 ＰＡ6 ＰＡ6 ＰＦ8
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 7 ＰＡ7 ＰＡ7 ＰＦ9
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 8 ＰＢ0 ＰＢ0 ＰＦ10
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 9 ＰＢ1 ＰＢ1 ＰＦ3
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 10 ＰＣ0 ＰＣ0 ＰＣ0
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 11 ＰＣ1 ＰＣ1 ＰＣ1
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 12 ＰＣ2 ＰＣ2 ＰＣ2
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 13 ＰＣ3 ＰＣ3 ＰＣ3
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 14 ＰＣ4 ＰＣ4 ＰＦ4
ＡＤＣ Ｃｈａｎｎｅｌ 15 ＰＣ5 ＰＣ5 ＰＦ5
(GITIT Sucks, doesn't even support Table)
啟動 STM32 之 ADC
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- ADC clock 來自 **PCLK2 (APB2)**, 啟動 ADC 前須先設置好。
- AHB for 記憶體
- APB for 硬體周邊
.. code-block::
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
- ADC 可設 ADON 打開電源，重設來關掉電源
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1384161281907_adcon.jpeg
- 版子上共有 **3 組ADC**, 可測量 **16 個外部訊號源**和 **2 個內部訊號源**。每個外部訊號源對應一個通道。
.. image:: /embedded/ADC/ADC on STM32F4
- 每個通道能自己設置不同的採樣時間，可根據不同的應用改變採樣時間。
- 總轉換時間即採樣時間加上 ADC core 等其他元件(ex:溫度感測器的讀取)所需時間。
- ADC 正式運作前必需做 calibration 以避免電容的狀態不是預期而造成誤差。
.. code-block::
ADC_ResetCalibration(ADC1);
- 由於有多個ADC與多個通道，因此可以排列組合出非常多變化的運作模式。
ADC mode
========
**Independent-mode** 和 **Dual-mode（multi-mode）**
**Independent mode** 表示此 ADC 獨立運作。
**multi-mode** 表示ADC同時合作執行。
Independent mode
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**ADC 通道配置**
通道可分成 **regular**, **injected** 二組，每個通道能任意屬於哪一組。
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1383586655329_test.jpeg
**Regular group**
- 會依序被轉換，但順序可自由配置，最多 16 個。
- 可以選擇 ADC 開始運作時就進行轉換或等待外來觸發轉換。
- 有二種控制條件，組合出四種模式：
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1383626797723_jus2.jpeg
- ADC_InitStruct->ADC_ScanConvMode = ENABLE or DISABLE ;
- ADC_InitStruct->ADC_ContinuousConvMode = ENABLE or DISABLE;
1.Single Channel Single conversion mode: 單一通道進行一次轉換。
2.Single Channel Continuous conversion mode: 單一通道持續進行轉換。
3&4.Scan mode: 也分為轉換一次與連續轉換，但因為 data register 只有一個，所以要用 **DMA ** 避免資料遺失。
- DMA: 每個通道轉換完成都發出一個 DMA request, 可設定為每當 DMA 發生就觸發一次中斷，即可讀出每個通道所轉換的值，也可以全部轉換後一次讀取全部通道的值。
**Injected group**
- 最多 4 個通道，且只能設為等待觸發而轉換。（插隊）
- 觸發時若正在轉換規則通道則會暫停而先處理注入通道，完畢後恢復原運作。
- 如果轉換注入通道過程中規則通道轉換被觸發，不會中止注入通道轉換，而是轉換完畢才進行規則通道轉換。
- Auto-injected mode 可設注入通道轉換於規則通道 scan 完成後，可實現一個 iteration 執行 20 次轉換。
- < Discontinuous mode >
- 允許 scan 時不是全部掃完，可以「分批」進行。
- 兩種 group 皆可設為此模式，但同時只有最多一個 group 採用它。
- 此模式必須配合「外部觸發轉換」方式使用。
- 先設置每批有幾個通道，至多八個，但 injected group 強迫每批一個通道。
- 之後各次訊號觸發時轉換一批。
- 以每批三個 (n=3), 通道為 {1, 2, 3, 4, 5} 舉例：
- 1st 觸發，轉換 {1, 2, 3}.
- 2nd 觸發，轉換 {4, 5}, 並因為 scan 結束而發 EOC 中斷。
- 3rd 觸發，轉換 {1, 2, 3}, 以此類推。
Multi Mode (Dual mode)
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- 有一組ADC是無法開啟dual mode,只能使用independent mode
- 在我們的參考資料中ADC3只能開啟independent mode
- 此資訊來自stm32 ADC mode and their application P9
- ADC1, ADC2 分別擔任 master & slave.
**1.Injected simultaneous mode**
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1383621324167_1.jpeg
兩個 ADCs 同時觸發而轉換 injected groups.
**2.Regular simultaneous mode**
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1383621427303_2.jpeg
- 2 ADCs 外部訊號同時觸發，一起對所負責通道依序轉換，結果存在 ADC1 DR.
- 禁止二個 ADCs 同時對同一通道轉換以免誤差。
- 以上兩者的差別在於不同的group
**3.Interleaved mode**
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1383621695343_3.jpeg
- 透過兩個以上的ADC交互轉換同一個通道可以達到更高的取樣頻率
- 由於同使只能有一個ADC對同一個通道做採樣，因此必須要增加兩個cycle的Delay time以免 phase overlap.
**4.Alternate trigger mode**
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1383624981460_6.jpeg
- 只能用在雙方的 injected groups, 用同樣外部訊號輪流接受觸發。
- 如單數次觸發到 ADC1 injected group; 雙數次觸發到 ADC2 injected group.
ADC之 Time Diagram
==================
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1383732301081_adctime.jpeg
ADC之轉換時間
============
**Tconv（Total Conversion Time） = Sampling time + N Cycles **
- N = 12 cycles (12 bits resolution)
- N = 10 cycles (10 bits resolution)
- N = 8 cycles (8 bits resolution)
- N = 6 cycles (6 bits resolution)
- Sampling time
- ADCCLK cycles that can be modified using the SMP[2:0] bits in the ADC_SMPR1 and ADC_SMPR2 registers
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1383727784220_AA.jpeg
- 舉例來說，下面的初始化即為把SMP10[2:0]這三個bit設為001
::
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_15Cycles);
- Each channel can be sampled with a different sampling time.
- Example:
- With ADCCLK = 30 MHz and sampling time = 3 cycles:
- Tconv = 3 + 12 = 15 cycles = 0.5 µs with APB2 at 60 MHz
STM32F4xx Internal Channel
====================================
- 我們所使用的
- STM32F407 Discovery其溫度感測器連接到ADC1_IN16 channel
- STM32F429 Discovery其溫度感測器連接到ADC1_IN18 channel
- TSVREFE bit 必需要設為enable，讓 ADC1_IN16 和 ADC1_IN17 (VREFINT)可以運作
- 在F42x上面VBAT與VREFINT共用同一個Channel，需選則要對誰做Sampling
- 設定TSVREFE bit，參考下圖
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_zDGlbVKfA1D_p.84729_1384075370541_temp.jpeg
設定的方法只要
::
ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);
- 其實做如下：
::
void ADC_TempSensorVrefintCmd(FunctionalState NewState)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
if (NewState != DISABLE)
{
/* Enable the temperature sensor and Vrefint channel*/
ADC->CCR |= (uint32_t)ADC_CCR_TSVREFE;
}
else
{
/* Disable the temperature sensor and Vrefint channel*/
ADC->CCR &= (uint32_t)(~ADC_CCR_TSVREFE);
}
}
- 由於啟動Temperature Sensor需要時間（waking from power down mode），啟動ADC也需要時間（startup time after power-on），因此在設定時同時對兩個做設定才能達到最快的取樣速度。
- 內建的溫度感測器適合用來測量溫度的變化，不適合用來得到精準的溫度值。
ADC Temperature Measurement
============================
::
ConvertedVoltage = ConvertedValue*VDD/4095;
ConverTemp= ((((ConverValue*VDD)/4095)-V25)/Slope + 25;
.. image:: /embedded/ADC/formula.png
Demo
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ADC + GPIO
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https://www.youtube.com/watch?v=0gAe-xRgk-k
- 本實驗使用電源供應器產生1.9V的電壓當作輸入訊號
- 將所量測到的電壓通過轉換，驗證ADC之轉換公式之正確性
ADC + GPIO + Temperature Sensor
--------------------------------
https://www.youtube.com/watch?v=gRxbnODggjc
- 本實驗用來測試stm32f4 discovery內建之溫度感測器是否隨著溫度上昇而改變轉換值
- 可以在影片中看到最左邊的led代表最小的bit，因此當溫度不斷升高，最後點亮了影片中最後亮起的右邊那個led燈
Questions 2013
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1. 說明如何決定取樣頻率，解釋 Nyquist–Shannon sampling theorem。
::
Nyquist–Shannon sampling theorem 說明了當取樣頻率為原訊號之最高頻率之兩倍時，才可以正確的重建原始訊號
- 證明：
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_FoYwIS8lBIN_p.84729_1386001249929_%E6%96%B0%E5%BB%BA%E6%AA%94%E6%A1%88%209_1.jpg
2. 說明當所要量測之輸入訊號電壓範圍不在adc之接受範圍時該如何處理？
- 假設使用的ADC量測範圍是0~3V
- 如果超出範圍(EX:0~5V)：
- 1.對於直流訊號來說分壓電路是最簡單的降壓方式，但必須注意輸入阻抗與輸出阻抗之匹配問題。
- 由於 STM32 之手冊上說明 ADC 之輸入阻抗約為10k 因此我們外接分壓之電阻必須選用較小之電阻。
- 2.有兩個電感的變壓電路是"交流變壓器"。
- 變壓器之使用條件為交流電，變壓器通常使用在高功耗之輸配電系統。
- 3.如果需要將輸入訊號放大，則可以使用 OPA 之電路來做放大。
::
其使用原理為利用 OPA 虛短路之特性來調整輸出電壓與輸入電壓之關係。
1.反相放大電路
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_FoYwIS8lBIN_p.84729_1385972297699_OPA1.jpg
2.正相放大電路
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_FoYwIS8lBIN_p.84729_1385972307523_OPA2.jpg
3. 說明 ADC Block Diagram 之 Vrefint 與 TIM1_TRGO 是什麼？
- VREFINT:
- ADC之內部參考電壓
- TIM1_TRGO:
-
4. 說明 ADC 之 calibration。
- 由於ADC上面的電容可能並不是理論上的理想值，因此每次使用時必須量測現在ADC之電容之實際值，可以把這個實際值視為誤差，因此未來所量測的結果都必須使用這個誤差值作為基準點去比較，因此可以量到更加精確的轉換結果。
::
/* Enable ADC1 reset calibaration register */
ADC_ResetCalibration(ADC1);
/* Check the end of ADC1 reset calibration register */
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
/* Start ADC1 calibaration */
ADC_StartCalibration(ADC1);
/* Check the end of ADC1 calibration */
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
/* 完成 calibration 才能開始使用 */
5. 說明 ADC 之 Scan Mode 與 DMA 之關係。並畫流程圖。
- 由於 Scan Mode 同時會對一組通道做轉換，並且在該組最後一個通道做完轉換後才產生中斷，因此使用 DMA 讓每次轉換後就直接產生 DMA 將資料寫到記憶體中，才不會造成資料遺失。官方的手冊對此做了以下解釋：
::
Since converted regular channel values are stored into a unique data register, it is useful to use DMA for conversion of more than one regular channel. This avoids the loss of the data already stored in the ADC_DR register.
6. 說明測量溫度的方法
- 使用STM32內建的溫度感測器。
- 可以利用單一電阻的電阻會隨溫度上昇而增加電阻值來反推溫度。
- 電阻隨溫度呈現性上昇
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_FoYwIS8lBIN_p.84729_1386002201111_%E8%9E%A2%E5%B9%95%E5%BF%AB%E7%85%A7%202013-12-03%20%E4%B8%8A%E5%8D%8812.35.27.png
- 可利用上面之特性搭配 ADC 來做溫度量測
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_FoYwIS8lBIN_p.84729_1386003301130_%E6%96%B0%E5%BB%BA%E6%AA%94%E6%A1%88%2011_1%20(3).jpg
7. 說明 EOC 等之術語。
- EOC 即 End of Conversion （為 Regular Group 結束轉換時產生之中斷）
- 當 ScanConvMode Disable 時（也就是 Regular Group 只有一個channel），每次轉換結束都會產生 EOC 中斷。
- 當 ScanConvMode Enable 時，只有當所設定之 Regular Group 之最後一個 channel 完成轉換時才會產生 EOC。
- JEOC 為 Injected Group 結束轉換時產生之中斷。
- AWD 為 analog watch dog 所產生之中斷。
8. 說明為何 sample code 中的 DMA 使用 stream4 channel_0?
- 參考手冊表格如下：
.. image:: https://dchtm6r471mui.cloudfront.net/hackpad.com_FoYwIS8lBIN_p.84729_1385977408698_%E8%9E%A2%E5%B9%95%E5%BF%AB%E7%85%A7%202013-12-02%20%E4%B8%8B%E5%8D%885.42.48.png
Questions 2012
==============
- 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:: /embedded/ADC/table7.jpg
Refer from: STM32F407xx Datasheet P125
- 2. Bandwidth大小為多少?
- 3. 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:: /embedded/ADC/table6.jpg
Refer from: STM32F407xx Datasheet P124
- 4. 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:: /embedded/ADC/22.JPG
`STM32F407xx Reference Manual<https://www.google.com.tw/url?sa=t&rct=j&q&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCwQFjAA&url=http%3A%2F%2Fmeasure.feld.cvut.cz%2Fsystem%2Ffiles%2Ffiles%2Fcs%2Fvyuka%2Fpredmety%2FA4M38KRP%2FDM00031020.pdf&ei=Yd4tUrCbFIyZlQWy5IDAAw&usg=AFQjCNG98i1xkmhMAT5oY4owZfumzgq-3Q&sig2=BW3iz-5aJmyGhiu6HR32tA>`_ 參照P264 ADC block diagram
- 5. 測試的接法?
請參考Demo.
- 6. ADC的公式在哪裡找到?
`STM32F407xx Reference Manual<https://www.google.com.tw/url?sa=t&rct=j&q&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCwQFjAA&url=http%3A%2F%2Fmeasure.feld.cvut.cz%2Fsystem%2Ffiles%2Ffiles%2Fcs%2Fvyuka%2Fpredmety%2FA4M38KRP%2FDM00031020.pdf&ei=Yd4tUrCbFIyZlQWy5IDAAw&usg=AFQjCNG98i1xkmhMAT5oY4owZfumzgq-3Q&sig2=BW3iz-5aJmyGhiu6HR32tA>`_ 在 10.10 Temperature sensor 中溫度轉換公式為
::
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)
- 7. 溫度的範圍?
`STM32F407xx Reference Manual<https://www.google.com.tw/url?sa=t&rct=j&q&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCwQFjAA&url=http%3A%2F%2Fmeasure.feld.cvut.cz%2Fsystem%2Ffiles%2Ffiles%2Fcs%2Fvyuka%2Fpredmety%2FA4M38KRP%2FDM00031020.pdf&ei=Yd4tUrCbFIyZlQWy5IDAAw&usg=AFQjCNG98i1xkmhMAT5oY4owZfumzgq-3Q&sig2=BW3iz-5aJmyGhiu6HR32tA>`_ 在 10.10 Temperature sensor 中提到 Supported temperature range: –40 to 125 °C, Precision: ±1.5 °C。
- 8. 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?
- 9. 如何先做溫度上的校準?
利用內建溫度感測計在做實驗時,由於無法獨立出一個sensor出來測,所以實驗的環境下是在室溫的環境下,並利用溫度計來量測室溫為多少,來比對板子上所抓到的溫度與溫度計上的溫度.
補:
`STM32F407xx Reference Manual<https://www.google.com.tw/url?sa=t&rct=j&q&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCwQFjAA&url=http%3A%2F%2Fmeasure.feld.cvut.cz%2Fsystem%2Ffiles%2Ffiles%2Fcs%2Fvyuka%2Fpredmety%2FA4M38KRP%2FDM00031020.pdf&ei=Yd4tUrCbFIyZlQWy5IDAAw&usg=AFQjCNG98i1xkmhMAT5oY4owZfumzgq-3Q&sig2=BW3iz-5aJmyGhiu6HR32tA>`_ 在 10.10 Temperature sensor 中一張中的Note提到,此開發版的內部溫度感測器適合來偵測溫度的變化,依據溫度感測公式來看,是基於25°C下與offset得到的溫度值,也就是適合觀察溫度變化,並不適合來取得室溫上的絕對溫度. 所以若要測量精確的絕對溫度的話,Manual上建議外接溫度感測器較為合適.
- 10. 整個程式上的架構為如何?
一開始程式先初始化ADC會用到的硬體資源,其中包含Interrupt、ADC、DMA的初始,之後將ADC的TASK註冊到freertos裡面,Task中是做了DMA所註冊的通道與NVIC的channel設定,而當中我們註冊了 DMA_Stream0_IRQHandler(void),此Interrupt handler會在每次資料由peripheral到memory傳完之後,產生DMA的interrupt,去更新溫度值或電壓值.
詳細的設定請參考下方的Sample code
- Structure
.. code-block:: prettyprint
int main()
{
prvSetupHardware();
xTaskCreate(vADC_DMATask, .., .., .., ..);
vTaskStartScheduler();
}
- 11. 如何選擇mode? Scan or Continuous?
Two groups => a.Regular group。(16 channels) b.Injected group。(2 channels)
::
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 )
- 12. 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。
- 13. 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。
- 14. ExternalTrigConvEdge和ExternalTrigConv是甚麼?觸發又是在幹嘛?
分別為以下︰
- 1.ExternalTrigConvEdge
.. image:: /embedded/ADC/table9.jpg
- 2.ExternalTrigConv
.. image:: /embedded/ADC/table10.jpg
- 15. 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。
- 16. 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?
- 17. 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。
- 18. 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。
- 19. 用while loop可能會取得錯誤的值,也可能會浪費資源?
- 20. 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:: /embedded/ADC/table8.jpg
Sample Code
===========
https://github.com/tim37021/STM32_ADC_Example/blob/demo_tim/discoveryF4/discovery_demo/main.c
.. code-block:: prettyprint
void ADC_Config(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; // Structure for single-ADC configuration
ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure; // Structure for inter-ADC configuration
// Clock configuration
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); // ADC1 is connected to APB2 peripheral bus
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1ENR_GPIOCEN, ENABLE); // Clock for the ADC port!! (do not forget it)
// ADC structure configuration
ADC_DeInit(); // Reset all parameters to their default values
ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b; // Input voltage is converted into a 12-bit number whose maximum value is 4095
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE; // No scan (only one channel)
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; // the conversion is continuous (periodic)
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None; // no external trigger for conversion
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1; // use timer 1 capture/compare channel 1 for external trigger (may be forced)
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; // converted data will be shifted to the right
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 2; // Number of used ADC channels
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
// ADC common structure configuration
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; // independent mode
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4; // f(ADC3)=84/4=21MHz
ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled; // disable DMA_MODE
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles; // there are 5 clock cycles between 2 samplings
ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
//Enable temperature sensor
ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);
// use channel 10 from ADC1, with sample time 15 cycles
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_15Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 2, ADC_SampleTime_15Cycles);
ADC_ITConfig(ADC1, ADC_IT_EOC, DISABLE); // not ready for interrupt
ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC1, ENABLE);
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
}
.. code-block:: prettyprint
void DMA_Config(){
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2, ENABLE);
DMA_DeInit(DMA2_Stream4);
DMA_StructInit(&DMA_InitStructure);
DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t) ADC1_DR_Address;
DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t) &ADCConvertedValues[0];
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 2;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
DMA_Init(DMA2_Stream4, &DMA_InitStructure);
DMA_Cmd(DMA2_Stream4, ENABLE);
//DMA_ITConfig(DMA2_Stream4, DMA_IT_TC, ENABLE);
}
.. code-block:: prettyprint
void NVIC_Config()
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* ADC interrupt configure */
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ADC_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
.. code-block:: prettyprint
void GPIO_Output_Config(void){
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_PinAFConfig(GPIOE, GPIO_PinSource3|GPIO_PinSource4|GPIO_PinSource5|GPIO_PinSource6|GPIO_PinSource7|GPIO_PinSource8|GPIO_PinSource9|GPIO_PinSource10|GPIO_PinSource11|GPIO_PinSource12|GPIO_PinSource13|GPIO_PinSource14|GPIO_PinSource15, GPIO_AF_TIM3);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; // Alt Function - Push Pull
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init( GPIOE, &GPIO_InitStructure );
}
.. code-block:: prettyprint
void GPIO_Input_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
// Set GPIO clock
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
//Analog input pin configuration
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;//The channel 10 is connected to PC0
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN; //The PC0 pin is configured in analog mode
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; //We don't need any pull up or pull down
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}
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/web/en/resource/technical/document/datasheet/DM00037051.pdf >`_
- `STM32F407xx Reference Manual<https://www.google.com.tw/url?sa=t&rct=j&q&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCwQFjAA&url=http%3A%2F%2Fmeasure.feld.cvut.cz%2Fsystem%2Ffiles%2Ffiles%2Fcs%2Fvyuka%2Fpredmety%2FA4M38KRP%2FDM00031020.pdf&ei=Yd4tUrCbFIyZlQWy5IDAAw&usg=AFQjCNG98i1xkmhMAT5oY4owZfumzgq-3Q&sig2=BW3iz-5aJmyGhiu6HR32tA>`_
- `STM32™’s ADC modes and their applications<http://www.st.com/st-web-ui/static/active/cn/resource/technical/document/application_note/CD00258017.pdf>`_
- `stm32學習筆記<http://blog.csdn.net/fouder_li/article/details/6718884>`_
- `PCM Introdution<http://www.fiberoptics4sale.com/wordpress/what-is-pulse-code-modulation-pcm/>`_
- `頻寬與取樣速率<http://www.ni.com/white-paper/2709/zht/>`_
共筆
=========
- `Hackpad link<https://embeddedsystemstudy.hackpad.com/ADC-zDGlbVKfA1D>`_
