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

/**
 * @file   main.c
 * @brief  Multi injected channel ADC example for STM32 Nucleo-F446RE.
 */

#include "main.h"

int main(void)
{
  rcc_setup();
  adc_setup();
  usart_setup();

  while (1)
  {
    /* Software start ADC injected conversion. */
    adc_start_conversion_injected(ADC1);

    /* Wait for ADC injected end of conversion. */
    while (!adc_eoc_injected(ADC1))
    { }

    /* Clear ADC injected end of conversion flag. */
    ADC_SR(ADC1) &= ~ADC_SR_JEOC;

    /* Read ADC injected. */
    uint16_t value1 = adc_read_injected(ADC1, 1);
    uint16_t value2 = adc_read_injected(ADC1, 2);
    uint16_t value3 = adc_read_injected(ADC1, 3);

    printf("%4d, %4d, %4d\r\n", value1, value2, value3);
    delay(5000000);
  }

  return 0;
}

static void rcc_setup(void)
{
  rcc_clock_setup_pll(&rcc_hse_8mhz_3v3[RCC_CLOCK_3V3_84MHZ]);

  rcc_periph_clock_enable(RCC_USART_TX_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_USART2);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_ADC_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_ADC1);
}

static void adc_setup(void)
{
/* Set to input analog. */
  gpio_mode_setup(GPIO_ADC_PORT,
                  GPIO_MODE_ANALOG,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_ADC_IN0_PIN | GPIO_ADC_IN1_PIN | GPIO_ADC_IN4_PIN);

  /* Setup ADC. */
  adc_power_off(ADC1);

  adc_enable_scan_mode(ADC1);
  adc_set_single_conversion_mode(ADC1);
  adc_disable_discontinuous_mode_regular(ADC1);
  adc_disable_discontinuous_mode_injected(ADC1);

  /* We want to start the injected conversion in sofrware. */
  adc_enable_external_trigger_injected(ADC1,
                                       ADC_CR2_JSWSTART,
                                       ADC_CR2_JEXTEN_DISABLED);

  adc_set_right_aligned(ADC1);
  adc_set_sample_time_on_all_channels(ADC1, ADC_SIMPLE_TIME);

  uint8_t channels[4];
  channels[0] = 0;
  channels[1] = 1;
  channels[2] = 4;
  adc_set_injected_sequence(ADC1, 3, channels);

  adc_power_on(ADC1);
  delay(800000); /* Wait a bit. */
}

static void usart_setup(void)
{
  /* Set USART-Tx pin to alternate function. */
  gpio_mode_setup(GPIO_USART_TX_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_USART_TX_PIN);
  gpio_set_af(GPIO_USART_TX_PORT, GPIO_USART_AF, GPIO_USART_TX_PIN);

  /* Config USART params. */
  usart_set_baudrate(USART2, USART_BAUDRATE);
  usart_set_databits(USART2, 8);
  usart_set_stopbits(USART2, USART_STOPBITS_1);
  usart_set_parity(USART2, USART_PARITY_NONE);
  usart_set_flow_control(USART2, USART_FLOWCONTROL_NONE);
  usart_set_mode(USART2, USART_MODE_TX);

  usart_enable(USART2);
}

static void delay(uint32_t value)
{
  for (uint32_t i = 0; i < value; i++)
  {
    __asm__("nop"); /* Do nothing. */
  }
}

/* For printf(). */
int _write(int file, char *ptr, int len)
{
  int i;

  if (file == 1)
  {
    for (i = 0; i < len; i++)
    {
      usart_send_blocking(USART2, ptr[i]);
    }
    return i;
  }

  errno = EIO;
  return -1;
}

/**
 * @file main.h
 */

#ifndef MAIN_H
#define MAIN_H

#include <stdio.h> /* For printf(). */
#include <errno.h> /* For printf(). */
#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
#include <libopencm3/stm32/adc.h>
#include <libopencm3/stm32/usart.h>

#define USART_BAUDRATE (9600)

#define ADC_SIMPLE_TIME (ADC_SMPR_SMP_56CYC)
#define RCC_ADC_GPIO (RCC_GPIOA)
#define GPIO_ADC_PORT (GPIOA)
#define GPIO_ADC_IN0_PIN (GPIO0) /* Arduino-A0. */
#define GPIO_ADC_IN1_PIN (GPIO1) /* Arduino-A1. */
#define GPIO_ADC_IN4_PIN (GPIO4) /* Arduino-A2. */

#define RCC_USART_TX_GPIO (RCC_GPIOA)
#define GPIO_USART_TX_PORT (GPIOA)
#define GPIO_USART_TX_PIN (GPIO2) /* ST-Link (Arduino-D1). */
#define GPIO_USART_AF (GPIO_AF7)  /* Ref: Table-11 in DS10693. */

static void rcc_setup(void);
static void usart_setup(void);
static void adc_setup(void);
static void delay(uint32_t value);

#endif /* MAIN_H. */

分段說明

Include

// main.h
#include <stdio.h> /* For printf(). */
#include <errno.h> /* For printf(). */
#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
#include <libopencm3/stm32/adc.h>
#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

static void adc_setup(void)
{
/* Set to input analog. */
  gpio_mode_setup(GPIO_ADC_PORT,
                  GPIO_MODE_ANALOG,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_ADC_IN0_PIN | GPIO_ADC_IN1_PIN | GPIO_ADC_IN4_PIN);

  /* Setup ADC. */
  adc_power_off(ADC1);

  adc_enable_scan_mode(ADC1);
  adc_set_single_conversion_mode(ADC1);
  adc_disable_discontinuous_mode_regular(ADC1);
  adc_disable_discontinuous_mode_injected(ADC1);

  /* We want to start the injected conversion in sofrware. */
  adc_enable_external_trigger_injected(ADC1,
                                       ADC_CR2_JSWSTART,
                                       ADC_CR2_JEXTEN_DISABLED);

  adc_set_right_aligned(ADC1);
  adc_set_sample_time_on_all_channels(ADC1, ADC_SIMPLE_TIME);

  uint8_t channels[4];
  channels[0] = 0;
  channels[1] = 1;
  channels[2] = 4;
  adc_set_injected_sequence(ADC1, 3, channels);

  adc_power_on(ADC1);
  delay(800000); /* Wait a bit. */
}

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

static void rcc_setup(void)
{
  rcc_clock_setup_pll(&rcc_hse_8mhz_3v3[RCC_CLOCK_3V3_84MHZ]);

  rcc_periph_clock_enable(RCC_USART_TX_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_USART2);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_ADC_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_ADC1);
}

除了 GPIO 外，還要記得致能各功能本身的時鐘。

主程式

int main(void)
{
  rcc_setup();
  adc_setup();
  usart_setup();

  while (1)
  {
    /* Software start ADC injected conversion. */
    adc_start_conversion_injected(ADC1);

    /* Wait for ADC injected end of conversion. */
    while (!adc_eoc_injected(ADC1))
    { }

    /* Clear ADC injected end of conversion flag. */
    ADC_SR(ADC1) &= ~ADC_SR_JEOC;

    /* Read ADC injected. */
    uint16_t value1 = adc_read_injected(ADC1, 1);
    uint16_t value2 = adc_read_injected(ADC1, 2);
    uint16_t value3 = adc_read_injected(ADC1, 3);

    printf("%4d, %4d, %4d\r\n", value1, value2, value3);
    delay(5000000);
  }

  return 0;
}

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

• libopencm3/libopencm3-examples
• platformio/platform-ststm32
• STM32F446RE datasheet (DS10693)
• STM32F446xx reference manual (RM0390)
• STM32F103RB datasheet (DS5319)
• STM32 Nucleo-64 board user manual (UM1724)

本文的程式也有放在 GitHub 上。
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