SAM4E單片機之旅——18、通過AFEC(ADC)獲取輸入的電壓

　　很多時候，一個電壓不僅僅需要定性(高電平或者低電平)，而且要定量(了解具體電壓的數值)。這個時候就可以用到模數轉換器(ADC)了。這次的內容是測量開發板搭載的滑動變阻器(VR1)的電壓，然后把ADC轉換的結果通過UART打印出來。同時，也簡單介紹了校準的方法。

　　SAM4E芯片中，ADC是由AFEC管理的。同時，AFEC可以使用一個多路復用器以選擇需要轉換的信號的通道，也可以通過平均多次ADC轉換的結果以提高轉換精確度。

　　一、 電路圖

　　通過順時針方向旋轉該變阻器，PB1引腳電壓將變大，其電壓變化范圍為0—3.3V。使用的AFEC為AFEC0，通道編號為5。

　　通過JP3可以選擇參考電壓的大小。默認情況下，參考電壓為3.3 V。

　　需要注意的是，而在JP3短接2、3腳時，參考電壓為3.0 V。

　　二、 ADC電氣特性

　　該AFEC有效的時鐘范圍為1—20 MHz，最大采樣頻率是1 MHz。同時也需記下啟動、跟蹤、設置等時間，這在使用AFEC時會用到。另外，傳送時間在芯片手冊中沒有詳細說明，只說明將TRANSFER字段設置為1。

　　由于需要使用較高波特率進行UART通信，所以將MCK設置為96 MHz。在此情況下，能設置的最高的AFEC時鐘頻率為16 MHz(將AFEC_MR的PRESCAL參數設置為2)，即每個AFEC時鐘的周期為62.5 ns。

　　由此可以計算出，從關閉狀態下，完全啟動AFEC最多需要512個AFEC時鐘。在實際應用中，這個數字可以減小。

　　三、 AFEC初始化

　　準備工作為將MCK設置為96 MHz，開啟UART并讓printf通過UART輸出。

　　PMC及GPIO設置。

　　AFEC工作模式。有兩個寄存器可以設置AFEC的工作模式：

　　AFEC0->AFEC_MR =

　　AFEC_MR_TRGEN_DIS // 關閉硬件觸發

　　| AFEC_MR_SLEEP // 轉換完成后進入睡眠模式

　　| AFEC_MR_PRESCAL(2) // AFEC CLK = 96M / 6 = 16 M

　　| AFEC_MR_STARTUP_SUT512 // MAX 32 us

　　| AFEC_MR_SETTLING_AST3 // MIN 100 ns

　　| AFEC_MR_ANACH_ALLOWED

　　| AFEC_MR_TRACKTIM(2) // MIN 160 ns

　　| AFEC_MR_TRANSFER(1)

　　| AFEC_MR_USEQ_NUM_ORDER

　　;

　　AFEC0->AFEC_EMR =

　　AFEC_EMR_RES_NO_AVERAGE // 進行 12bit 采樣

　　;

　　設置增益參數及關閉差分模式：

AFEC0->AFEC_CGR = AFEC_CGR_GAIN5(0);

　　AFEC0->AFEC_DIFFR &= ~((uint32_t)1 << 5); // 不使用差分模式

　　啟用通道：

　　1AFEC0->AFEC_CHER = AFEC_CHER_CH5;

　　四、 實現

　　轉換指定通道的輸入

　　uint16_t GetADCValue(int ch)

　　{

　　// 軟觸發以開始轉換

　　AFEC0->AFEC_CR = AFEC_CR_START;

　　// 等待轉換完成(通過查詢相應的EOC位判斷轉換是否完成)

　　while ((AFEC0->AFEC_ISR & (1<<CH) )="=" 0);< p> 

　　// 設置通道選擇寄存器，使AFEC_CDR顯示指定通道的轉換結果

　　AFEC0->AFEC_CSELR = AFEC_CSELR_CSEL(ch);

　　return AFEC0->AFEC_CDR;

　　}

　　輪詢滑動變阻器的電壓，并在電壓波動超過指定閥值時打印出當前電壓。

　　const int min_diff = 10; // 閥值

　　int diff;

　　uint16_t adcv; // ADC轉換的結果

　　uint16_t last_adcv = ~0;

　　while(1){

　　adcv = GetADCValue(5);

　　//判斷電壓波動是否超過閥值

　　diff = (int32_t)adcv - last_adcv;

　　if (!(diff > (-min_diff) && diff < min_diff))

　　{

　　last_adcv = adcv;

　　printf("%dnr", (int)adcv);

　　}

　　// 等待

　　for (volatile int i=0; i< 0xFFFF; ++i);

　　}

　　五、 校準

　　在運行該示例時，發現當滑動變阻器VR1逆時鐘旋至極限，即PB1引腳電壓為0V時，ADC的輸出為2048左右。而當PB1電壓約為3.3 V的一半時，ADC輸出值約為4095——即達到輸出的最大值。

　　可以推測出存在一個約為2048的偏移誤差。這個誤差在一個ASF的示例中被提及：“AFEC內部的偏移為0x800……”。所以我們需要對此進行校準：

　　AFEC0->AFEC_CSELR = 5;

　　//AFEC內部偏移為 0x800

　　//該校準在參考電壓為3.3V 時有效

　　AFEC0->AFEC_COCR = AFEC_COCR_AOFF(0x800);

　　AFEC_COCR的寄存器是作用于AFEC內部的DAC的：

　　同時，通過該模塊圖也可以知道增益與偏移校準作用于輸入V的方式如下：

　　偏移電壓：

　　V_offset = ( offset / 4096 ) * V_ref

　　ADC進行轉換的電壓：

　　V_adc_in = ( V – V_offset) * gain

　　最后，將轉換的數值加上0x800。