前言

ADC（Analog to Digital Converter）顧名思義是將類比訊號轉換成數位訊號的元件，現今多數 MCU 都會內建 ADC，而這也是相當基本且常用的功能。

上一篇已經介紹過最基本的 ADC 單一 Regular 通道用法，這篇文章要繼續示範如何使用 ADC Injected 多通道讀取，並使用 UART 傳到電腦上觀看。

正文

首先一樣以 Nucleo-F446RE 做示範。

首先建立一個 PIO 的專案，選擇 Framework 爲「libopencm3」，並在 src/ 資料夾中新增並開啓 main.c 與 main.h。

完整程式

  1/**
  2 * @file   main.c
  3 * @brief  Multi injected channel ADC example for STM32 Nucleo-F446RE.
  4 */
  5
  6#include "main.h"
  7
  8int main(void)
  9{
 10  rcc_setup();
 11  adc_setup();
 12  usart_setup();
 13
 14  while (1)
 15  {
 16    /* Software start ADC injected conversion. */
 17    adc_start_conversion_injected(ADC1);
 18
 19    /* Wait for ADC injected end of conversion. */
 20    while (!adc_eoc_injected(ADC1))
 21    { }
 22
 23    /* Clear ADC injected end of conversion flag. */
 24    ADC_SR(ADC1) &= ~ADC_SR_JEOC;
 25
 26    /* Read ADC injected. */
 27    uint16_t value1 = adc_read_injected(ADC1, 1);
 28    uint16_t value2 = adc_read_injected(ADC1, 2);
 29    uint16_t value3 = adc_read_injected(ADC1, 3);
 30
 31    printf("%4d, %4d, %4d\r\n", value1, value2, value3);
 32    delay(5000000);
 33  }
 34
 35  return 0;
 36}
 37
 38static void rcc_setup(void)
 39{
 40  rcc_clock_setup_pll(&rcc_hse_8mhz_3v3[RCC_CLOCK_3V3_84MHZ]);
 41
 42  rcc_periph_clock_enable(RCC_USART_TX_GPIO);
 43  rcc_periph_clock_enable(RCC_USART2);
 44  rcc_periph_clock_enable(RCC_ADC_GPIO);
 45  rcc_periph_clock_enable(RCC_ADC1);
 46}
 47
 48static void adc_setup(void)
 49{
 50/* Set to input analog. */
 51  gpio_mode_setup(GPIO_ADC_PORT,
 52                  GPIO_MODE_ANALOG,
 53                  GPIO_PUPD_NONE,
 54                  GPIO_ADC_IN0_PIN | GPIO_ADC_IN1_PIN | GPIO_ADC_IN4_PIN);
 55
 56  /* Setup ADC. */
 57  adc_power_off(ADC1);
 58
 59  adc_enable_scan_mode(ADC1);
 60  adc_set_single_conversion_mode(ADC1);
 61  adc_disable_discontinuous_mode_regular(ADC1);
 62  adc_disable_discontinuous_mode_injected(ADC1);
 63
 64  /* We want to start the injected conversion in sofrware. */
 65  adc_enable_external_trigger_injected(ADC1,
 66                                       ADC_CR2_JSWSTART,
 67                                       ADC_CR2_JEXTEN_DISABLED);
 68
 69  adc_set_right_aligned(ADC1);
 70  adc_set_sample_time_on_all_channels(ADC1, ADC_SIMPLE_TIME);
 71
 72  uint8_t channels[4];
 73  channels[0] = 0;
 74  channels[1] = 1;
 75  channels[2] = 4;
 76  adc_set_injected_sequence(ADC1, 3, channels);
 77
 78  adc_power_on(ADC1);
 79  delay(800000); /* Wait a bit. */
 80}
 81
 82static void usart_setup(void)
 83{
 84  /* Set USART-Tx pin to alternate function. */
 85  gpio_mode_setup(GPIO_USART_TX_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_USART_TX_PIN);
 86  gpio_set_af(GPIO_USART_TX_PORT, GPIO_USART_AF, GPIO_USART_TX_PIN);
 87
 88  /* Config USART params. */
 89  usart_set_baudrate(USART2, USART_BAUDRATE);
 90  usart_set_databits(USART2, 8);
 91  usart_set_stopbits(USART2, USART_STOPBITS_1);
 92  usart_set_parity(USART2, USART_PARITY_NONE);
 93  usart_set_flow_control(USART2, USART_FLOWCONTROL_NONE);
 94  usart_set_mode(USART2, USART_MODE_TX);
 95
 96  usart_enable(USART2);
 97}
 98
 99static void delay(uint32_t value)
100{
101  for (uint32_t i = 0; i < value; i++)
102  {
103    __asm__("nop"); /* Do nothing. */
104  }
105}
106
107/* For printf(). */
108int _write(int file, char *ptr, int len)
109{
110  int i;
111
112  if (file == 1)
113  {
114    for (i = 0; i < len; i++)
115    {
116      usart_send_blocking(USART2, ptr[i]);
117    }
118    return i;
119  }
120
121  errno = EIO;
122  return -1;
123}

 1/**
 2 * @file main.h
 3 */
 4
 5#ifndef MAIN_H
 6#define MAIN_H
 7
 8#include <stdio.h> /* For printf(). */
 9#include <errno.h> /* For printf(). */
10#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
11#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
12#include <libopencm3/stm32/adc.h>
13#include <libopencm3/stm32/usart.h>
14
15#define USART_BAUDRATE (9600)
16
17#define ADC_SIMPLE_TIME (ADC_SMPR_SMP_56CYC)
18#define RCC_ADC_GPIO (RCC_GPIOA)
19#define GPIO_ADC_PORT (GPIOA)
20#define GPIO_ADC_IN0_PIN (GPIO0) /* Arduino-A0. */
21#define GPIO_ADC_IN1_PIN (GPIO1) /* Arduino-A1. */
22#define GPIO_ADC_IN4_PIN (GPIO4) /* Arduino-A2. */
23
24#define RCC_USART_TX_GPIO (RCC_GPIOA)
25#define GPIO_USART_TX_PORT (GPIOA)
26#define GPIO_USART_TX_PIN (GPIO2) /* ST-Link (Arduino-D1). */
27#define GPIO_USART_AF (GPIO_AF7)  /* Ref: Table-11 in DS10693. */
28
29static void rcc_setup(void);
30static void usart_setup(void);
31static void adc_setup(void);
32static void delay(uint32_t value);
33
34#endif /* MAIN_H. */

分段說明

Include

1// main.h
2#include <stdio.h> /* For printf(). */
3#include <errno.h> /* For printf(). */
4#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
5#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
6#include <libopencm3/stm32/adc.h>
7#include <libopencm3/stm32/usart.h>

除了基本的 rcc.h 和 gpio.h 及必要的 adc.h 外，因爲我要使用 USART 和 printf()，所以還會需要 usart.h、stdio.h 與 errno.h。

USART 和 printf() 的詳細用法請看之前的文章。

設定 ADC

 1static void adc_setup(void)
 2{
 3/* Set to input analog. */
 4  gpio_mode_setup(GPIO_ADC_PORT,
 5                  GPIO_MODE_ANALOG,
 6                  GPIO_PUPD_NONE,
 7                  GPIO_ADC_IN0_PIN | GPIO_ADC_IN1_PIN | GPIO_ADC_IN4_PIN);
 8
 9  /* Setup ADC. */
10  adc_power_off(ADC1);
11
12  adc_enable_scan_mode(ADC1);
13  adc_set_single_conversion_mode(ADC1);
14  adc_disable_discontinuous_mode_regular(ADC1);
15  adc_disable_discontinuous_mode_injected(ADC1);
16
17  /* We want to start the injected conversion in sofrware. */
18  adc_enable_external_trigger_injected(ADC1,
19                                       ADC_CR2_JSWSTART,
20                                       ADC_CR2_JEXTEN_DISABLED);
21
22  adc_set_right_aligned(ADC1);
23  adc_set_sample_time_on_all_channels(ADC1, ADC_SIMPLE_TIME);
24
25  uint8_t channels[4];
26  channels[0] = 0;
27  channels[1] = 1;
28  channels[2] = 4;
29  adc_set_injected_sequence(ADC1, 3, channels);
30
31  adc_power_on(ADC1);
32  delay(800000); /* Wait a bit. */
33}

要使用 ADC 功能，首先要知道 ADC 的通道在哪些 GPIO 上，並將其設定爲類比輸入。

接下來就是要設定 ADC。

adc_enable_scan_mode() 由於本例要讀取 3 個通道，所以要致能掃描模式。
adc_set_single_conversion_mode() 設定成單一轉換模式，不連續轉換。
adc_disable_discontinuous_mode_regular() 與 adc_disable_discontinuous_mode_injected() 禁能 Regular 與 Injected 的不連續模式。
adc_enable_external_trigger_injected() 設定以使用 Injected 的軟體觸發。
adc_set_right_aligned() 讓資料的對齊方式爲靠右對齊。
adc_set_sample_time_on_all_channels() 設定所有通道的取樣時間，這裡使用 56 個 Cycle。
adc_set_injected_sequence() 設定 Injected 通道組的序列。本例要讀取的是 Ch0、Ch1 與 Ch4 這 3 個通道。

設定 RCC

1static void rcc_setup(void)
2{
3  rcc_clock_setup_pll(&rcc_hse_8mhz_3v3[RCC_CLOCK_3V3_84MHZ]);
4
5  rcc_periph_clock_enable(RCC_USART_TX_GPIO);
6  rcc_periph_clock_enable(RCC_USART2);
7  rcc_periph_clock_enable(RCC_ADC_GPIO);
8  rcc_periph_clock_enable(RCC_ADC1);
9}

除了 GPIO 外，還要記得致能各功能本身的時鐘。

主程式

 1int main(void)
 2{
 3  rcc_setup();
 4  adc_setup();
 5  usart_setup();
 6
 7  while (1)
 8  {
 9    /* Software start ADC injected conversion. */
10    adc_start_conversion_injected(ADC1);
11
12    /* Wait for ADC injected end of conversion. */
13    while (!adc_eoc_injected(ADC1))
14    { }
15
16    /* Clear ADC injected end of conversion flag. */
17    ADC_SR(ADC1) &= ~ADC_SR_JEOC;
18
19    /* Read ADC injected. */
20    uint16_t value1 = adc_read_injected(ADC1, 1);
21    uint16_t value2 = adc_read_injected(ADC1, 2);
22    uint16_t value3 = adc_read_injected(ADC1, 3);
23
24    printf("%4d, %4d, %4d\r\n", value1, value2, value3);
25    delay(5000000);
26  }
27
28  return 0;
29}

adc_start_conversion_injected() 會觸發 ADC 進行 Injected 組轉換，並以 adc_eoc_injected() 觀察 Injected 組是否轉換完成。

確認 ADC 轉換完成後使用 adc_read_injected() 來讀取各個轉換完的資料。雖然 Injected 組最多只能設定 4 個，但是它的 4 個通道的資料暫存器是各自獨立的（ADC_JDRx），這裡的第二個參數就是選擇要讀取 1~4 哪一個 Injected 資料暫存器。要注意這裡的第二個引數是 1~4 而非 0~3。

多環境程式（F446RE + F103RB）

由於 STM32F1 的部分函式不同，所以 F103RB 沒辦法直接使用上面的 F446RE 的程式。

不過這次的程式我還沒完成 F103RB 的部分，目前不會動作，未來有時間會再看是哪邊有問題。我還是把完整的程式的連接放上來：GitHub repo。

小結

這次延續了上一篇的內容，介紹多通道的 Injected 用法。

一般來說，由於 Regular 組只有一個 16 位元的資料暫存器，若要使用掃描模式讀出序列中的多個通道的話，就必須要設定 DMA。但 Injected 組的 4 個資料暫存器是各自獨立的，因此如過要讀取的 ADC 通道在 4 個內的話，可以考慮使用 Injected 組，這樣就不用設定 DMA 了。

參考資料

本文的程式也有放在 GitHub 上。
本文同步發表於 iT 邦幫忙-2022 iThome 鐵人賽。

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