STM32 LibOpenCM3 教學

STM32 LibOpenCM3：ADC 中斷

系列：簡單入門 LibOpenCM3 STM32 嵌入式系統開發 Posted on 2022-10-05

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。

在之前的篇章中已經分別介紹 Regular 及 Injected 的單與多通道，之前對於等待 ADC 轉換完成的程式寫法都是單純的 Blocking（阻塞），這次要介紹中斷的寫法，使用中斷對於大量的 ADC 轉換作業會比起 Blocking 更有效率。

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  ADC interrupt 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  /* Software start the first conversion. */
 15  adc_start_conversion_regular(ADC1);
 16
 17  while (1)
 18  { }
 19  return 0;
 20}
 21
 22static void rcc_setup(void)
 23{
 24  rcc_clock_setup_pll(&rcc_hse_8mhz_3v3[RCC_CLOCK_3V3_84MHZ]);
 25
 26  rcc_periph_clock_enable(RCC_USART_TX_GPIO);
 27  rcc_periph_clock_enable(RCC_USART2);
 28  rcc_periph_clock_enable(RCC_ADC_GPIO);
 29  rcc_periph_clock_enable(RCC_ADC1);
 30}
 31
 32static void adc_setup(void)
 33{
 34/* Set to input analog. */
 35  gpio_mode_setup(GPIO_ADC_PORT,
 36                  GPIO_MODE_ANALOG,
 37                  GPIO_PUPD_NONE,
 38                  GPIO_ADC_IN0_PIN);
 39
 40  /* Setup ADC. */
 41  adc_power_off(ADC1);
 42
 43  adc_disable_scan_mode(ADC1);
 44  adc_disable_external_trigger_regular(ADC1);
 45  adc_set_single_conversion_mode(ADC1);
 46  adc_set_right_aligned(ADC1);
 47  adc_set_sample_time_on_all_channels(ADC1, ADC_SIMPLE_TIME);
 48
 49  /* Setup interrupt. */
 50  adc_enable_eoc_interrupt(ADC1);
 51  nvic_enable_irq(NVIC_ADC_IRQ);
 52
 53  uint8_t channels[16];
 54  channels[0] = 0;
 55  adc_set_regular_sequence(ADC1, 1, channels);
 56
 57  adc_power_on(ADC1);
 58  delay(800000); /* Wait a bit. */
 59}
 60
 61static void usart_setup(void)
 62{
 63  /* Set USART-Tx pin to alternate function. */
 64  gpio_mode_setup(GPIO_USART_TX_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_USART_TX_PIN);
 65  gpio_set_af(GPIO_USART_TX_PORT, GPIO_USART_AF, GPIO_USART_TX_PIN);
 66
 67  /* Config USART params. */
 68  usart_set_baudrate(USART2, USART_BAUDRATE);
 69  usart_set_databits(USART2, 8);
 70  usart_set_stopbits(USART2, USART_STOPBITS_1);
 71  usart_set_parity(USART2, USART_PARITY_NONE);
 72  usart_set_flow_control(USART2, USART_FLOWCONTROL_NONE);
 73  usart_set_mode(USART2, USART_MODE_TX);
 74
 75  usart_enable(USART2);
 76}
 77
 78static void delay(uint32_t value)
 79{
 80  for (uint32_t i = 0; i < value; i++)
 81  {
 82    __asm__("nop"); /* Do nothing. */
 83  }
 84}
 85
 86/* For printf(). */
 87int _write(int file, char *ptr, int len)
 88{
 89  int i;
 90
 91  if (file == 1)
 92  {
 93    for (i = 0; i < len; i++)
 94    {
 95      usart_send_blocking(USART2, ptr[i]);
 96    }
 97    return i;
 98  }
 99
100  errno = EIO;
101  return -1;
102}
103
104/**
105 * @brief ADC Interrupt service routine.
106 */
107void adc_isr(void)
108{
109  /* Clear regular end of conversion flag. */
110  ADC_SR(ADC1) &= ~ADC_SR_EOC;
111
112  uint16_t value = adc_read_regular(ADC1);
113  printf("%4d\r\n", value);
114  delay(5000000);
115
116  /* Sart a new conversion. */
117  adc_start_conversion_regular(ADC1);
118}

 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#include <libopencm3/cm3/nvic.h>
15
16#define USART_BAUDRATE (9600)
17
18#define ADC_SIMPLE_TIME (ADC_SMPR_SMP_56CYC)
19#define RCC_ADC_GPIO (RCC_GPIOA)
20#define GPIO_ADC_PORT (GPIOA)
21#define GPIO_ADC_IN0_PIN (GPIO0) /* Arduino-A0. */
22
23#define RCC_USART_TX_GPIO (RCC_GPIOA)
24#define GPIO_USART_TX_PORT (GPIOA)
25#define GPIO_USART_TX_PIN (GPIO2) /* ST-Link (Arduino-D1). */
26#define GPIO_USART_AF (GPIO_AF7)  /* Ref: Table-11 in DS10693. */
27
28static void rcc_setup(void);
29static void usart_setup(void);
30static void adc_setup(void);
31static void delay(uint32_t value);
32
33#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>
8#include <libopencm3/cm3/nvic.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。

另外就是因爲要使用中斷功能，所以 nvic.h 也是必要的。

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);
 8
 9  /* Setup ADC. */
10  adc_power_off(ADC1);
11
12  adc_disable_scan_mode(ADC1);
13  adc_disable_external_trigger_regular(ADC1);
14  adc_set_single_conversion_mode(ADC1);
15  adc_set_right_aligned(ADC1);
16  adc_set_sample_time_on_all_channels(ADC1, ADC_SIMPLE_TIME);
17
18  /* Setup interrupt. */
19  adc_enable_eoc_interrupt(ADC1);
20  nvic_enable_irq(NVIC_ADC_IRQ);
21
22  uint8_t channels[16];
23  channels[0] = 0;
24  adc_set_regular_sequence(ADC1, 1, channels);
25
26  adc_power_on(ADC1);
27  delay(800000); /* Wait a bit. */
28}

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_disable_scan_mode() 禁能多通道掃描模式，因爲本範例只需要讀取一個通道而已。
  • adc_disable_external_trigger_regular() 禁能外部觸發，我們將使用軟體觸發。
  • adc_set_single_conversion_mode() 設定成單一轉換模式，不連續轉換。
  • 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_enable_eoc_interrupt() 啓用 ADC 的轉換完成（EOC）中斷。
  • nvic_enable_irq() 啓用 NVIC 的 ADC IRQ。
  • adc_set_regular_sequence() 設定 Regular 的通道序列。這裡只有 Ch0。

ADC ISQ

 1/**
 2 * @brief ADC Interrupt service routine.
 3 */
 4void adc_isr(void)
 5{
 6  /* Clear regular end of conversion flag. */
 7  ADC_SR(ADC1) &= ~ADC_SR_EOC;
 8
 9  uint16_t value = adc_read_regular(ADC1);
10  printf("%4d\r\n", value);
11  delay(5000000);
12
13  /* Sart a new conversion. */
14  adc_start_conversion_regular(ADC1);
15}

這是 ADC 的 ISQ。

首先先清除 ADC 的轉換完成位元（EOC）。

使用 adc_read_regular() 讀取 ADC 轉換完成的數值。

都完成後再使用 adc_start_conversion_regular() 開始另一次新的轉換。

主程式

 1int main(void)
 2{
 3  rcc_setup();
 4  adc_setup();
 5  usart_setup();
 6
 7  /* Software start the first conversion. */
 8  adc_start_conversion_regular(ADC1);
 9
10  while (1)
11  { }
12  return 0;
13}

adc_start_conversion_regular() 會觸發 ADC 進行 Regular 組轉換，由於我們要使用中斷，所以不需要用 adc_eoc() 觀察 Injected 組是否轉換完成。一旦 ADC 轉換完成就會到 ADC 的 ISR。

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。

由於本例的差異比較大，爲了不佔版面這裡就不列出的，完整的程式請看 GitHub repo。

小結

但需要大量進行 ADC 轉換時，如何還是透過 Blocking 的方式讀取 EOC 或 JEOC 位元來等待 ADC 完成轉換的話會非常沒效率，因此本篇簡單介紹了 ADC 的中斷寫法，基本上和以往寫過的中斷一樣，應該不會太難。

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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