在AT32微控制器上通过同一外部触发源触发3个ADC转换的方法

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应用笔记

在AT32微控制器上通过同一外部触发源触发3个ADC转换的方法

前言

本应用笔记介绍了在AT32微控制器上通过同一外部触发源触发3个ADC转换的方法，实现在任意时刻3个ADC通道的同步动作，以此来满足需要3个ADC同步转换需求的应用。

注：本应用笔记对应的代码是基于雅特力提供的V2.x.x 板级支持包（BSP）而开发，对于其他版本BSP，需要注意使用上的区别。

支持型号列表：AT32F403系列，AT32F403A系列，AT32F407系列，AT32A403A系列

说明：本文档仅供有需求的小伙伴们参考，本文档中所包含的代码等资料，可在雅特力官网获取https://www.arterytek.com/cn/support/index.jsp?index=1

1                 ADC框架介绍

ADC 是一个将模拟输入信号转换为12 位数字信号的外设。采样率最高可达2MSPS。多达18 个通道源（16个外部和2个内部）可进行采样及转换。其具备如下功能：

1）支持包括单次、反复、序列、抢占自动转换或分割等多种转换模式选择；

2）普通通道和抢占通道均支持软件触发及外部触发，外部触发具备多种触发源选择；

2）转换数据可以设定左或右对齐方式进行存储，且抢占通道支持数据偏移量的设定；

3）电压监测特性允许应用程序监测输入电压是否超出用户定义的高/低阈值；

4）抢占通道组转换结束、通道转换结束、电压监测超出范围均具备响应中断的能力；

5）ADC时钟可调（时钟源来自PCLK2，ACCLK最大不得超过28MHz）；

6）支持多达20个通道的采样转换（普通组16，抢占组4）、采样周期可根据需求调整；

7）普通通道转换数据可经DMA传输，当普通通道组设定多通道时，必须使用DMA获取转换数据；

8）支持联动ADC1和ADC2的多种主从组合模式。

单个ADC框图如下：

2                 3个ADC同步外部触发原理说明

ADC主从模式的普通同时模式下，ADC2会完全同步ADC1动作。ADC1与ADC3具备多种相同的触发源。基于此点，应用可将ADC1和ADC2组合成主从模式（普通同时模式），ADC3与ADC1选用相同的触发源，从而就可以达到3个ADC完全同步动作的效果。

应用实例中，将ADC1、ADC2、ADC3分别各初始化两个通道，ADC1使用通道4、5，ADC2使用通道7、8，ADC3使用通道10、11。故将实现如下的同步触发转换效果：

表1. 触发情景

触发	第一次		第一次		第一次
ADC1	通道4	通道5	通道4	通道5	通道4	通道5
ADC2	通道7	通道8	通道7	通道8	通道7	通道8
ADC3	通道10	通道11	通道10	通道11	通道10	通道11

     

   

触发方案

本例中ADC3与ADC1普通通道组均选用TMR1TRGOUT触发。

TMR1次定时器

-       配置“次定时器输入选择”为“滤波输入1”

-       配置“次定时器模式选择”为“TRGIN输入上升沿时，产生TMR使能事件”

由此每次发生在PA8口上的上升沿就会让TMR1产生使能事件。

TMR1主定时器

-       配置“主定时器输出信号选择”为“使能”

-       配置开启“单脉冲”模式

则每次TMR1使能时就会输出TRGOUT事件给ADC以触发转换。

在此配置基础上，即可实现三个ADC同步触发的效果，即：

每次发生在PA8口上的上升沿，会同步触发ADC1、ADC2、ADC3同时开始转换。

3                 ADC配置步骤

n  GPIO配置

例程配置代码如下

1. static void gpio_config (void)
   
2. {
   
3.   gpio_init_type gpio_initstructure;
   
4.   crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK, TRUE);
   
5.   crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOB_PERIPH_CLOCK, TRUE);
   
6.   crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOC_PERIPH_CLOCK, TRUE);
   
7. 
   
8.   gpio_default_para_init(&gpio_initstructure);
   
9.   gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_ANALOG;
   
10.   gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_4 | GPIO_PINS_5 | GPIO_PINS_7;
    
11.   gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);
    
12.   
    
13.   gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_ANALOG;
    
14.   gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_0;
    
15.   gpio_init(GPIOB, &gpio_initstructure);
    
16.   
    
17.   gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_ANALOG;
    
18.   gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_0 | GPIO_PINS_1;
    
19.   gpio_init(GPIOC, &gpio_initstructure);
    
20. }
    

复制代码

n  触发源配置

例程配置代码如下

1. static void tmr1_config(void)
   
2. {
   
3.   gpio_init_type gpio_initstructure;
   
4.   tmr_input_config_type  tmr_input_config_struct;
   
5.   crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK, TRUE);
   
6.   crm_periph_clock_enable(CRM_TMR1_PERIPH_CLOCK, TRUE);
   
7.   
   
8.   gpio_default_para_init(&gpio_initstructure);
   
9.   gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_INPUT;
   
10.   gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_8;
    
11.   gpio_initstructure.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
    
12.   gpio_initstructure.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE;
    
13.   gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
    
14.   gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);
    
15.   tmr_reset(TMR1);
    
16.   tmr_base_init(TMR1, 1, 0);
    
17.   tmr_cnt_dir_set(TMR1, TMR_COUNT_UP);
    
18.   tmr_clock_source_div_set(TMR1, TMR_CLOCK_DIV1);
    
19.   
    
20.   /* configure tmr1 channel1 pin signal(rising edge) to generate enable event */
    
21.   tmr_input_config_struct.input_channel_select = TMR_SELECT_CHANNEL_1;
    
22.   tmr_input_config_struct.input_mapped_select = TMR_CC_CHANNEL_MAPPED_DIRECT;
    
23.   tmr_input_config_struct.input_polarity_select = TMR_INPUT_RISING_EDGE;
    
24.   tmr_input_channel_init(TMR3, &tmr_input_config_struct, TMR_CHANNEL_INPUT_DIV_1);
    
25.   tmr_trigger_input_select(TMR1, TMR_SUB_INPUT_SEL_C1DF1);
    
26.   tmr_sub_mode_select(TMR1, TMR_SUB_TRIGGER_MODE);
    
27.   
    
28.   /* configure tmr1 master output selection */
    
29.   tmr_primary_mode_select(TMR1, TMR_PRIMARY_SEL_ENABLE);
    
30.   
    
31.   /* one cycle mode enable */
    
32.   tmr_one_cycle_mode_enable(TMR1, TRUE);
    
33. }
    

复制代码

例程使用TMR1的trgout事件触发ADC，应用设计需注意如下内容：

1)     TMR1配置开启“单脉冲”模式；

2)     TMR1配置“次定时器输入选择”为“滤波输入1”，对应输入引脚为PA8(此引脚可根据应用需求修改为TMR1_CHx对应的其他引脚)；

3)     TMR1配置“次定时器模式选择”为“TRGIN输入上升沿时，产生TMR使能事件”；

4)     TMR1配置“主定时器输出信号选择”为“使能”。

n  DMA配置

例程配置代码如下

1. static void dma_config(void)
   
2. {
   
3.   dma_init_type dma_init_struct;
   
4.   crm_periph_clock_enable(CRM_DMA1_PERIPH_CLOCK, TRUE);
   
5.   crm_periph_clock_enable(CRM_DMA2_PERIPH_CLOCK, TRUE);
   
6.   nvic_irq_enable(DMA1_Channel1_IRQn, 1, 0);
   
7.   nvic_irq_enable(DMA2_Channel4_5_IRQn, 0, 0);
   
8.   dma_reset(DMA1_CHANNEL1);
   
9.   dma_reset(DMA2_CHANNEL5);
   
10.   dma_default_para_init(&dma_init_struct);
    
11.   dma_init_struct.buffer_size = 2;
    
12.   dma_init_struct.direction = DMA_DIR_PERIPHERAL_TO_MEMORY;
    
13.   dma_init_struct.memory_base_addr = (uint32_t)adc1_ordinary_valuetab;
    
14.   dma_init_struct.memory_data_width = DMA_MEMORY_DATA_WIDTH_WORD;
    
15.   dma_init_struct.memory_inc_enable = TRUE;
    
16.   dma_init_struct.peripheral_base_addr = (uint32_t)&(ADC1->odt);
    
17.   dma_init_struct.peripheral_data_width = DMA_PERIPHERAL_DATA_WIDTH_WORD;
    
18.   dma_init_struct.peripheral_inc_enable = FALSE;
    
19.   dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
    
20.   dma_init_struct.loop_mode_enable = TRUE;
    
21.   dma_init(DMA1_CHANNEL1, &dma_init_struct);
    
22. 
    
23.   dma_init_struct.memory_base_addr = (uint32_t)adc3_ordinary_valuetab;
    
24.   dma_init_struct.memory_data_width = DMA_MEMORY_DATA_WIDTH_HALFWORD;
    
25.   dma_init_struct.peripheral_base_addr = (uint32_t)&(ADC3->odt);
    
26.   dma_init_struct.peripheral_data_width = DMA_PERIPHERAL_DATA_WIDTH_HALFWORD;
    
27.   dma_init(DMA2_CHANNEL5, &dma_init_struct);
    
28. 
    
29.   dma_interrupt_enable(DMA1_CHANNEL1, DMA_FDT_INT, TRUE);
    
30.   dma_interrupt_enable(DMA2_CHANNEL5, DMA_FDT_INT, TRUE);
    
31.   dma_channel_enable(DMA1_CHANNEL1, TRUE);
    
32.   dma_channel_enable(DMA2_CHANNEL5, TRUE);
    
33. }
    

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例程中ADC1&ADC2的转换数据通过DMA1_CHANNEL1传输，ADC3的转换数据通过DMA2_CHANNEL5传输。对DMA配置需要注意如下内容：

1)     应用若需更换使用DMA_CHANNEL，需注意对通道进行弹性映射配置；

2)     ADC1&ADC2转换数据会组合成32位进行传输，因此用于其数据传输的DMA1_CHANNEL1的外设及存储器数据宽度必须配置为32 bit 位宽；

3)     ADC3的转换数据保持16位宽度，因此用于其数据传输的DMA2_CHANNEL5的外设及存储器数据宽度需配置为16 bit 位宽；

4)     数据传输是从ADC外设到存储器，因此DMA数据传输方向需设定为外设为源；

5)     为保障数据的稳定传输，DMA的通道传输数量通常匹配ADC的普通通道组个数设定；

6)     DMA通道优先级需结合应用设定，当ADC转换足够快时，为避免数据丢失传输，需适当提高DMA通道优先级。

n  ADC配置

例程配置代码如下

1. static void adc_config(void)
   
2. {
   
3.   adc_base_config_type adc_base_struct;
   
4.   crm_periph_clock_enable(CRM_ADC1_PERIPH_CLOCK, TRUE);
   
5.   crm_periph_clock_enable(CRM_ADC2_PERIPH_CLOCK, TRUE);
   
6.   crm_periph_clock_enable(CRM_ADC3_PERIPH_CLOCK, TRUE);
   
7.   crm_adc_clock_div_set(CRM_ADC_DIV_6);
   
8. 
   
9.   /* select combine mode */
   
10.   adc_combine_mode_select(ADC_ORDINARY_SMLT_ONLY_MODE);
    
11.   adc_base_default_para_init(&adc_base_struct);
    
12.   adc_base_struct.sequence_mode = TRUE;
    
13.   adc_base_struct.repeat_mode = FALSE;
    
14.   adc_base_struct.data_align = ADC_RIGHT_ALIGNMENT;
    
15.   adc_base_struct.ordinary_channel_length = 2;
    
16.   adc_base_config(ADC1, &adc_base_struct);
    
17.   adc_ordinary_channel_set(ADC1, ADC_CHANNEL_4, 1, ADC_SAMPLETIME_239_5);
    
18.   adc_ordinary_channel_set(ADC1, ADC_CHANNEL_5, 2, ADC_SAMPLETIME_239_5);
    
19.   adc_ordinary_conversion_trigger_set(ADC1, ADC12_ORDINARY_TRIG_TMR1TRGOUT, TRUE);
    
20.   adc_dma_mode_enable(ADC1, TRUE);
    
21. 
    
22.   adc_base_config(ADC2, &adc_base_struct);
    
23.   adc_ordinary_channel_set(ADC2, ADC_CHANNEL_7, 1, ADC_SAMPLETIME_239_5);
    
24.   adc_ordinary_channel_set(ADC2, ADC_CHANNEL_8, 2, ADC_SAMPLETIME_239_5);
    
25.   adc_ordinary_conversion_trigger_set(ADC2, ADC12_ORDINARY_TRIG_SOFTWARE, TRUE);
    
26. 
    
27.   adc_base_config(ADC3, &adc_base_struct);
    
28.   adc_ordinary_channel_set(ADC3, ADC_CHANNEL_10, 1, ADC_SAMPLETIME_239_5);
    
29.   adc_ordinary_channel_set(ADC3, ADC_CHANNEL_11, 2, ADC_SAMPLETIME_239_5);
    
30.   adc_ordinary_conversion_trigger_set(ADC3, ADC3_ORDINARY_TRIG_TMR1TRGOUT, TRUE);
    
31.   adc_dma_mode_enable(ADC3, TRUE);
    
32. 
    
33.   adc_enable(ADC1, TRUE);
    
34.   adc_enable(ADC2, TRUE);
    
35.   adc_calibration_init(ADC1);
    
36.   while(adc_calibration_init_status_get(ADC1));
    
37.   adc_calibration_start(ADC1);
    
38.   while(adc_calibration_status_get(ADC1));
    
39.   adc_calibration_init(ADC2);
    
40.   while(adc_calibration_init_status_get(ADC2));
    
41.   adc_calibration_start(ADC2);
    
42.   while(adc_calibration_status_get(ADC2));
    
43. 
    
44.   adc_enable(ADC3, TRUE);
    
45.   adc_calibration_init(ADC3);
    
46.   while(adc_calibration_init_status_get(ADC3));
    
47.   adc_calibration_start(ADC3);
    
48.   while(adc_calibration_status_get(ADC3));
    
49. }
    

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例程中有使用ADC1、ADC2和ADC3来实现通道转换。对ADC的配置需要注意如下内容：

1)     ADC2转换数据没有自己独立的DMA传输，并且为了实现同时转换，ADC1与ADC2必须组合成主从模式的普通同时模式。ADC3有自己独立的DMA请求，故ADC3配置为独立模式；

2)     为了实现同时转换，ADC1与ADC3普通通道需选择相同触发源，本例选用TMR1_TRGOUT，其中还存在如下一些相同触发源

-      TMR1_CH1 event

-      TMR1_CH3 event

-      TMR8_CH1 event

-      TMR8_TRGOUT event

3)     为避免作为从模式的ADC2丢失同步规则，ADC2的触发源必须选择为软件触发；

4)     为保障触发能被有效相应，触发间隔不能小于ADC序列转换时间；

5)     主从模式的ADC1和ADC2，校准必须在两个ADC使能后进行；

6)     需要确保同一通道不可同时被多个ADC采样转换；

7)     为保障数据的稳定传输，DMA的通道传输数量通常匹配ADC的普通通道组个数设定；

8)     本应用案例仅适用ADC普通通道，抢占通道转换数据不具备DMA传输能力。

n  整体初始化顺序建议

建议初始化顺序如下

1. gpio_config();
   
2. 
   
3. tmr1_config();
   
4. 
   
5. dma_config();
   
6. 
   
7. adc_config();

复制代码

如此初始化顺序建议，主要是基于如下合理性考虑:

1)     在ADC初始化使能之前初始化timer

因为timer初始化时为做同步而会产生一次非预期的触发事件，若此时ADC已初始化完毕，则会异常响应该触发事件；

2)     在ADC初始化使能前配置并使能DMA

因为ADC使能后，只要存在触发条件，ADC就会开始相应转换，每个通道转换完毕会立即产生DMA传输请求，若DMA是能点滞后，会存在数据传输请求不能被及时相应，导致丢失数据最终产生数据错位的现象。

n  中断服务函数设计

例程代码做如下设计

1. void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
   
2. {
   
3.   if(dma_flag_get(DMA1_FDT1_FLAG) != RESET)
   
4.   {
   
5.     dma_flag_clear(DMA1_FDT1_FLAG);
   
6.     dma1_trans_complete_flag++;
   
7.     if(dma1_trans_complete_flag == 0xFFFFFFFF)
   
8.     {
   
9.       dma1_trans_complete_flag = 0;
   
10.     }
    
11.   }
    
12. }
    
13. void DMA2_Channel4_5_IRQHandler(void)
    
14. {
    
15.   if(dma_flag_get(DMA2_FDT5_FLAG) != RESET)
    
16.   {
    
17.     dma_flag_clear(DMA2_FDT5_FLAG);
    
18.     dma2_trans_complete_flag++;
    
19.     if(dma2_trans_complete_flag == 0xFFFFFFFF)
    
20.     {
    
21.       dma2_trans_complete_flag = 0;
    
22.     }
    
23.   }
    
24. }
    

复制代码

例程只使用了两个DMA的传输完成中断，中断服务函数内只记录是否发生了传输完成事件。

中断服务函数设计以精简为主要原则，由于中断函数的响应具备优先原则，为避免因过于繁琐的中断响应而滞后其他较重要的应用代码执行，所以原则上不建议在中断函数内堆太多应用逻辑。

n  main函数设计

例程代码做如下设计

1. int main(void)
   
2. {
   
3.   nvic_priority_group_config(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);
   
4.   system_clock_config();
   
5.   at32_board_init();
   
6.   at32_led_off(LED2);
   
7.   at32_led_off(LED3);
   
8.   at32_led_off(LED4);
   
9.   uart_print_init(115200);
   
10.   gpio_config();
    
11.   tmr1_config();
    
12.   dma_config();
    
13.   adc_config();
    
14.   printf("3adc_external_simultaneous_trigger \r\n");
    
15.   while(1)
    
16.   {
    
17.     if(dma1_trans_complete_flag != old_dma1_trans_complete_flag)
    
18.     {
    
19.       old_dma1_trans_complete_flag = dma1_trans_complete_flag;
    
20.       printf("adc1_channel4_data[0] = 0x%x\r\n", adc1_ordinary_valuetab[0] & 0xFFFF);
    
21.       printf("adc1_channel5_data[1] = 0x%x\r\n", adc1_ordinary_valuetab[1] & 0xFFFF);
    
22.       printf("adc2_channel7_data[0] = 0x%x\r\n", (adc1_ordinary_valuetab[0] >> 16) & 0xFFFF);
    
23.       printf("adc2_channel8_data[1] = 0x%x\r\n", (adc1_ordinary_valuetab[1] >> 16) & 0xFFFF);
    
24.       printf("\r\n");
    
25.       at32_led_toggle(LED2);
    
26.     }
    
27.     if(dma2_trans_complete_flag != old_dma2_trans_complete_flag)
    
28.     {
    
29.       old_dma2_trans_complete_flag = dma2_trans_complete_flag;
    
30.       printf("adc3_channel10_data[0] = 0x%x\r\n", adc3_ordinary_valuetab[0]);
    
31.       printf("adc3_channel11_data[1] = 0x%x\r\n", adc3_ordinary_valuetab[1]);
    
32.       printf("\r\n");
    
33.       at32_led_toggle(LED3);
    
34.     }
    
35.   }
    
36. }
    

复制代码

例程main函数内，除外设初始化外，只进行了转换数据的打印输出，通过查询DMA传输完成事件标志来实现。应用设计需要注意如下内容：

配置为主从普通同时模式的ADC1和ADC2的数据，被硬件组合封装成了32位的数据，所以需要对透过DMA获取到的32位数据进行解析后才可使用，其中，高16位为ADC2的转换数据，低16位为ADC1的转换数据。

4                 Demo Code快速使用方法

n  硬件资源

AT-START-F403A V1.0 实验板：

ADC使用的通道与GPIO口对应如下表所示：

表2. 通道对应

ADC1	通道4à PA4	通道5à PA5
ADC2	通道7à PA7	通道8à PB0
ADC3	通道10à PC0	通道11à PC1

在做实验时，分别对这6个GPIO口灌入电压值即可

n  测试方法

1.     打开相应工程，编译并下载到目标板；

2.     对ADC123对应的管脚灌入电压值；

3.     在PA8口上输入脉冲，通过串口打印或进入调试模式查看转换结果是否符合预期。

结果如下图：

可见相应通道电压值已经转换并通过DMA传输到指定的数组中。

注：所有project都是基于AT32F403A而建立，若用户需要在其他型号上使用，请参考AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各种型号示例工程进行简单修改即可。

注：所有project都是基于keil 5而建立，若用户需要在其他编译环境上使用，请参考

AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各种编译环境（例如IAR6/7,keil 4/5）进行简单修改即可。