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|  V1.0  |  2020-07-04  |  gingko  |  初次建立  | 

===== 实验九：ADC实验——电源监控 =====

==== 一、 实验目的与意义 ====

  - 了解STM32 ADC结构。
  - 了解STM32 ADC特征。
  - 掌握ADC使用方法。
  - 掌握STM32 HAL库中ADC属性的配置方法。
  - 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====

  - iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
  - JLINK（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
  - Micro USB线缆。
  - Keil MDK 开发平台。
  - STM32CubeMX开发平台。
  - 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====

=== 1、STM32F767 ADC简介 ===

  * STM32F767xx系列有3个ADC，这些ADC可以独立使用，也可以使用双重/三重模式（提高采样率）。STM32F767的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有19个通道，可测量16个外部源、2个内部源和Vbat通道的信号。这些通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。
  * STM32F767IGT6包含有3个ADC。STM32F767的ADC最大的转换速率为2.4Mhz，也就是转换时间为0.41us（在ADCCLK=36M,采样周期为3个ADC时钟下得到），不要让ADC的时钟超过36M，否则将导致结果准确度下降。
  * STM32F767将ADC的转换分为2个通道组：规则通道组和注入通道组。规则通道相当于你正常运行的程序，而注入通道呢，就相当于中断。在你程序正常执行的时候，中断是可以打断你的执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换，在注入通道被转换完成之后，规则通道才得以继续转换。
=== 2、ADC主要特性 ===

  *  可配置12位、10位、8位或6位分辨率
  *  在转换结束、注入转换结束以及发生模拟看门狗或溢出事件时产生中断
  *  单次和连续转换模式
  *  扫描模式，自动转化通道0到通道n数据
  *  数据对齐以保持内置数据一致性
  *  可独立设置各通道采样时间
  *  外部触发器选项，可为常规转换和注入转换配置极性
  *  不连续采样模式
  *  双重/三重模式（具有2个或更多ADC的器件提供）
  *  双重/三重ADC模式下可配置的DMA数据存储
  *  双重/三重交替模式下可配置的转换间延迟
  *  ADC转换类型（参见数据手册）
  *  ADC电源要求：供电在2.4V到3.6V下可全速运行，供电低至1.8V时为慢速运行
  *  ADC输入范围：VREF–<VIN<VREF+
  *  常规通道转换期间可产生DMA请求
=== 3、ADC框图 ===
{{ :icore4:icore4_arm_hal_9_1.png?direct |}}
=== 4、ADC寄存器介绍 ===
（1）ADC控制寄存器（ADC_CR1和ADC_CR2）
{{ :icore4:icore4_arm_hal_9_2.png?direct |}}
  * ADC_CR1的SCAN位，该位用于设置扫描模式，由软件设置和清除，如果设置为1，则使用扫描模式，如果为0，则关闭扫描模式。在扫描模式下，由ADC_SQRx或ADC_JSQRx寄存器选中的通道被转换。如果设置了EOCIE或JEOCIE，只在最后一个通道转换完毕后才会产生EOC或JEOC中断。ADC_CR1[25:24]用于设置ADC的分辨率，详细的对应关系如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_9_3.png?direct |}}
  * ADC_CR2寄存器的各位描述如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_9_4.png?direct |}}
  * ADON位用于开关AD转换器，而CONT位用于设置是否进行连续转换，SWSTART 位用于开始规则通道的转换。
（2）ADC通用控制寄存器（ADC_CCR）
{{ :icore4:icore4_arm_hal_9_5.png?direct |}}
  * TSVREFE位是内部温度传感器和Vrefint通道使能位，这里我们直接设置为0。ADCPRE[1:0]用于设置ADC输入时钟分频，00~11分别对应2/4/6/8分频，MULTI[4:0]用于多重ADC模式选择。
（3）ADC采样时间寄存器（ADC_SMPR1和ADC_SMPR2），这两个寄存器用于设置通道0~18的采样时间，每个通道占用3个位。  ADC_SMPR1的各位描述如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_9_6.png?direct |}}
  * ADC_SMPR2的各位描述如下图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_9_7.png?direct |}}
  * 对于每个要转换的通道，采样时间建议尽量长一点，以获得较高的准确度，但是这样会降低ADC的转换速率。ADC的转换时间可以由以下公式计算：
    * **Tcovn=采样时间+12个周期**
  * 其中：Tcovn为总转换时间，采样时间是根据每个通道的SMP位的设置来决定的。例如，当ADCCLK=27Mhz的时候，并设置3个周期的采样时间，则得到：Tcovn=3+12=15个周期=0.55us。
（4）ADC状态寄存器（ADC_SR），该寄存器保存了ADC转换时的各种状态。该寄存器的各位描述如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_9_8.png?direct |}}
  * 这里仅介绍将要用到的是EOC位，通过判断该位来决定是否此次规则通道的AD转换已经完成，如果该位位1，则表示转换完成了，就可以从ADC_DR中读取转换结果，否则等待转换完成。
  * 本实验中iCore4的所有电源经过电阻分压或者直接接入STM32的ADC的输出通道内，输入电流经过高端电流检测芯片ZXCT1009F输入到ADC的输入通道内，从而实现电源监控功能。
==== 四、 实验程序 ====

=== 1、 主函数 ===
<code c>
int main(void)
{
  int i;
  /* MCU 配置*/
  /* 重置所有外围设备，初始化Flash接口和Systick */
  HAL_Init();
  /* 配置系统时钟 */
  SystemClock_Config();
  /* 初始化所有已配置的外围就设备 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC3_Init();
  MX_USART6_UART_Init();

  usart6.initialize(115200);
  LED_GREEN_ON;
  usart6.printf("\x0c");                //清屏
  usart6.printf("\033[1;32;40m");       //设置终端字体为绿色
  usart6.printf(" Hello, I am iCore4!\r\n");  
  /* 无限循环 */
  while (1)
  {
        LED_GREEN_ON;
        HAL_Delay(500);
        LED_GREEN_OFF;
        //读取ADC
        for(i = 0;i < 5;i ++){
            my_adc.read(i);
        }
        //打印系统供电电压
        usart6.printf(" ");
        usart6.printf("[I] %3.0fmA , ",my_adc.value[0] / 2* 1000.);
        usart6.printf("[V] %4.2fV, ",my_adc.value[1] * 6.);
        usart6.printf("[3.3V] %4.2fV, ",my_adc.value[2] * 2.);
        usart6.printf("[2.5V] %4.2fV,",my_adc.value[3] * 2.);
        usart6.printf("[1.2V] %4.2fV\r",my_adc.value[4]);
  }
}

</code>
=== 2、 初始化ADC ===
  * 在HAL库中，初始化ADC是通过函数HAL_ADC_Init来实现的，该函数声明为：
<code c>
typedef struct
{
  ADC_TypeDef           *Instance;        //ADC1/ADC2/ADC3
  ADC_InitTypeDef       Init;             //初始化结构体变量
  __IO uint32_t         NbrOfCurrentConversionRank;//当前转换序列
  DMA_HandleTypeDef             *DMA_Handle;       //DMA方式使用 
  HAL_LockTypeDef               Lock;           //ADC锁定对象
  __IO uint32_t                 State;           //ADC通讯状态
  __IO uint32_t                 ErrorCode;      //ADC错误代码
}ADC_HandleTypeDef;
</code>
  * 该结构体定义和其他外设比较类似，我们着重看第二个成员变量Init含义，它是结构体ADC_InitTypeDef 类型，结构体ADC_InitTypeDef 定义为：
<code c>
typedef struct
{
  uint32_t ClockPrescaler;    //时钟分频系数2/4/6/8分频
  uint32_t Resolution;        //分辨率12/10/8/6 位
  uint32_t DataAlign;         //对齐方式，左对齐还是右对齐
  uint32_t ScanConvMode;      //扫描模式
  uint32_t EOCSelection;      //EOC标志是否设置
  uint32_t ContinuousConvMode;  //开启连续转换模式或者单次转换模式
  uint32_t NbrOfConversion;     //规则序列中有多少个转换
  uint32_t DiscontinuousConvMode; //不连续采样模式
  uint32_t NbrOfDiscConversion;  //不连续采样通道数
  uint32_t ExternalTrigConv;     //外部触发方式
  uint32_t ExternalTrigConvEdge; //外部触发边沿
  uint32_t DMAContinuousRequests; //开启 DMA 请求连续模式或者单独模式
 }ADC_InitTypeDef;
</code>
=== 3、 ADC3初始化函数 ===
<code c>
void MX_ADC3_Init(void)
{
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig;
  /**配置ADC的全局功能（时钟，分辨率，数据对齐和转换次数）*/
  hadc3.Instance = ADC3;
  hadc3.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;//4分频
  hadc3.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;// 12 位模式
  hadc3.Init.ScanConvMode = DISABLE; //非扫描模式
  hadc3.Init.ContinuousConvMode = DISABLE; //关闭连续转换
  hadc3.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE; //禁止不连续采样模式
  hadc3.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE; 
  //使用软件触发
  hadc3.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; //软件触发
  hadc3.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; //右对齐
  hadc3.Init.NbrOfConversion = 1; //1 个转换在规则序列中
  hadc3.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE; //关闭DMA请求
  hadc3.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV; //EOC中断
  if (HAL_ADC_Init(&hadc3) != HAL_OK) //初始化ADC3
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
    /*为选定的ADC常规通道配置其在定序器中的相应等级及其采样时间 */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_7; //通道
  sConfig.Rank = 1; //第1个序列，序列1
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES; //采样时间
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc3, &sConfig) != HAL_OK) //通道配置
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
}
</code>
  * 此部分代码中MX_ADC3_Init函数调用函数HAL_ADC_Init初始化 ADC13相关参数。
=== 4、 读取通道值 ===
<code c>
int read_adc(int channel)
{
    int i,k;
    unsigned long int temp[20] = {0};
    unsigned long int value;
    unsigned short int data[100];
    ADC_ChannelConfTypeDef channel_config;
    unsigned char channel_remap[5] = {ADC_CHANNEL_7,ADC_CHANNEL_12,ADC_CHANNEL_4,ADC_CHANNEL_5,ADC_CHANNEL_6};
    
    channel_config.Channel = channel_remap[channel];
    channel_config.Offset = 0;
    channel_config.Rank = 1;
    channel_config.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_480CYCLES;
    
    for(k = 0;k < 20;k++){
        for(i = 0;i < 100;i ++){
            HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc3,&channel_config);
            HAL_ADC_Start(&hadc3);
            while(!__HAL_ADC_GET_FLAG(&hadc3,ADC_FLAG_EOC));
            data[i] = HAL_ADC_GetValue(&hadc3);
        }
        sort(data,100);
        for(i = 40;i < 60;i++){
            temp[k] += data[i];
        }
        temp[k] = temp[k] / 20;
    }
    value = 0;
    for(k = 0;k < 20;k++){//获取平均值，用来提高准确度
        value += temp[k]; 
    }
    value /= 20;
    my_adc.value[channel] = value * ADC_REF / 4096; 
    return value;  
}

</code>
==== 五、 实验步骤 ====
  - 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
  - 把iCore4通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
  - 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
  - 烧写程序到iCore4上；
  - 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
==== 六、 实验现象 ====

  * 串口一直向终端输出输入电源的数据。
{{ :icore4:icore4_arm_hal_9_9.png?direct |}}