浅谈CW32系列模数转换器（ADC）

模数转换器（ADC）的主要功能是将模拟量转换为数字量，方便MCU进行处理。下面以CW32L083为例介绍CW系列的模数转换器的特点和功能，并提供演示实例。

一、概述

CW32L083 内部集成一个 12 位精度、最高 1M SPS 转换速度的逐次逼近型模数转换器 (SAR ADC)，最多可将 16 路模拟信号转换为数字信号。现实世界中的绝大多数信号都是模拟量，如光、电、声、图像信号等，都要由 ADC 转换成数字信号，才能由 MCU 进行数字化处理。

二、主要特性

• 12 位精度 

• 可编程转换速度，最高达 1M SPS 

• 16 路输入转换通道：13 路外部引脚输入 - 内置温度传感器 - 内置 BGR 1.2V 基准 - 1/3 VDDA 电源电压 

• 4 路参考电压源（Vref）：- VDDA 电源电压 - ExRef（PB00）引脚电压 - 内置 1.5V 参考电压 - 内置 2.5V 参考电压 

• 采样电压输入范围：0 ~ Vref

 多种转换模式，全部支持转换累加功能 - 单次转换 - 多次转换 - 连续转换 - 序列扫描转换 - 序列断续转换 

• 支持单通道、序列通道两种通道选择，最大同时支持 8 个序列 

• 支持输入通道电压阈值监测

• 内置信号跟随器，可转换高阻抗输入信号 

• 支持片内外设自动触发 ADC 转换 

• 支持 ADC 转换完成触发 DMA

三、转换时序

ADC 的转换时序如下图所示：

向 ADC 控制寄存器 ADC_CR0 的 EN 位域写入 1，使能 ADC 模块。 

ADC_CR0.EN 由 0 变为 1 约 40μs 后 ADC_ISR.READY 标志位置 1，表示模拟电路初始化完成，可以开始进行 ADC 转换。 

向 ADC 启动寄存器 ADC_START 的 START 位域写入 1，启动 ADC 转换，转换完成后硬件自动清零。 

ADC 工作时钟 ADCCLK，由系统时钟 PCLK 经预分频器分频得到，通过控制寄存器 ADC_CR0 的 CLK 位域可选择 1 ~ 128 分频

四、工作模式

ADC 控制寄存器 ADC_CR0 的 MODE 位域配置 ADC 工作模式

启动 ADC 转换，可通过向 ADC 启动寄存器 ADC_START 的 START 位域写 1；也可通过其他外设来触发。

五、实际案例

GTIM1定时器定时1S，定时器1S中断触发启动ADC转换，采样AIN1，并通过GTIM2以PWM方波输出ADC采样值：PWM占空比50%，周期为1Hz-5000Hz，对应ADC的0-4095采样值。

1.配置ADC测试IO口

 

void ADC_PortInit(void) 
{ 
    REGBITS_SET(CW_SYSCTRL->AHBEN, SYSCTRL_AHBEN_GPIOA_Msk); //打开GPIO时钟 
    REGBITS_SET(CW_SYSCTRL->APBEN2, SYSCTRL_APBEN2_ADC_Msk); //打开ADC时钟 
    PA01_ANALOG_ENABLE();//set PA01 as AIN1 INPUT 
}

 

2.LED初始化

 

void LED_Init(void) 
{ 
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0}; 
    REGBITS_SET(CW_SYSCTRL->AHBEN, SYSCTRL_AHBEN_GPIOC_Msk); //打开GPIO时钟 
    /* Configure the GPIO_LED pin */ 
    GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3; 
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; 
    GPIO_Init(CW_GPIOC,  GPIO_InitStructure); 
    PC02_SETLOW();//LEDs are off. PC03_SETLOW(); 
}

 

3.PWM IO初始化

 

void PWM_PortInit(void) 
{ 
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0}; 
    /* PA5 PWM 输出 */ 
    __RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); 
    /* Configure the PWM output pin */ 
    GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_5; 
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; 
    GPIO_Init(CW_GPIOA,  GPIO_InitStructure); 
    PA05_AFx_GTIM2CH1(); 
}

 

4.GTIM初始化

 

void GTIM_Init(void) 
{ 
    GTIM_InitTypeDef GTIM_InitStruct = {0}; 
    
    //REGBITS_SET(CW_SYSCTRL->APBEN1, SYSCTRL_APBEN1_GTIM1_Msk); //打开GTIM1 
    __RCC_GTIM1_CLK_ENABLE(); //打开GTIM1时钟 GTIM_InitStruct.Mode = GTIM_MODE_TIME;
    GTIM_InitStruct.OneShotMode = GTIM_COUNT_CONTINUE; 
    GTIM_InitStruct.Prescaler = GTIM_PRESCALER_DIV1024; 
    GTIM_InitStruct.ReloadValue = 62499ul; //T=1s. 
    GTIM_InitStruct.ToggleOutState = DISABLE; 
    GTIM_TimeBaseInit(CW_GTIM1,  GTIM_InitStruct); 
    GTIM_ITConfig(CW_GTIM1, GTIM_IT_OV, ENABLE); 
    NVIC_ClearPendingIRQ(GTIM1_IRQn); 
    NVIC_EnableIRQ(GTIM1_IRQn);
    NVIC_SetPriority(GTIM1_IRQn, 0x03); 
    
    __RCC_GTIM2_CLK_ENABLE();//打开GTIM2时钟 
    GTIM_InitStruct.ReloadValue = 0xFFFFu; 
    GTIM_InitStruct.ToggleOutState = ENABLE;
    GTIM_TimeBaseInit(CW_GTIM2,  GTIM_InitStruct); 
    valuePeriod = GTIM_InitStruct.ReloadValue; 
    valuePosWidth = valuePeriod >> 1u; 
    GTIM_OCInit(CW_GTIM2, GTIM_CHANNEL1, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_HIGH); 
    GTIM_SetCompare1(CW_GTIM2, valuePosWidth); 
    GTIM_Cmd(CW_GTIM2, ENABLE); 
}

 

5.主程序main

 

uint16_t valueAdc; 
uint32_t valueAdcAcc; 
volatile uint8_t gFlagIrq; 
uint16_t gCntEoc = 0; 
uint8_t cntSample; 
float fTsDegree; 
uint32_t valuePeriod; 
uint32_t valuePosWidth; 
uint32_t valueReload = 0xFFFFu; 
int main(void) 
{   
    uint8_t res; 
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure = {0}; 
    ADC_WdtTypeDef ADC_WdtStructure = {0};
    ADC_SingleChTypeDef ADC_SingleChStructure = {0}; 
    RCC_HSI_Enable(RCC_HSIOSC_DIV6);     //以下从HSI切换到PLL 
    RCC_PLL_Enable(RCC_PLLSOURCE_HSI, 8000000UL, RCC_PLL_MUL_8); 
    //开启PLL，PLL源为HSI 
    __RCC_FLASH_CLK_ENABLE();//打开FLASH时钟 
    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_3); 
    res = RCC_SysClk_Switch(RCC_SYSCLKSRC_PLL); //切换系统时钟到PLL：64MHz。 
    ADC_PortInit();//配置ADC测试IO口 
    LED_Init();//LED初始化 
    PWM_PortInit();
    GTIM_Init(); 
    ADC_StructInit( ADC_InitStructure); //ADC默认值初始化 
    ADC_WdtInit( ADC_WdtStructure); //ADC模拟看门狗通道初始化 
    ADC_InitStructure.ADC_ClkDiv = ADC_Clk_Div128;    //ADCCLK:500KHz. 
    ADC_InitStructure.ADC_InBufEn = ADC_BufEnable; 
    ADC_InitStructure.ADC_SampleTime = ADC_SampTime10Clk; 
    ADC_SingleChStructure.ADC_DiscardEn = ADC_DiscardNull; //配置单通道转换模式
    ADC_SingleChStructure.ADC_Chmux = ADC_ExInputCH1; //选择ADC转换通道 
    ADC_SingleChStructure.ADC_InitStruct = ADC_InitStructure; 
    ADC_SingleChStructure.ADC_WdtStruct = ADC_WdtStructure; 
    ADC_SingleChOneModeCfg( ADC_SingleChStructure); 
    ADC_ITConfig(ADC_IT_EOC, ENABLE); 
    ADC_EnableIrq(ADC_INT_PRIORITY);
    ADC_ClearITPendingAll(); 
    ADC_Enable();//ADC使能 
    ADC_ExtTrigCfg(ADC_TRIG_GTIM1, ENABLE); //ADC外部中断触发源配置 
    GTIM_Cmd(CW_GTIM1, ENABLE);
    while (1) 
    { 
        while (!(gFlagIrq   ADC_ISR_EOC_Msk)); 
        gFlagIrq = 0u; PC03_TOG(); 
        valueAdc = ADC_GetConversionValue(); 
        valueReload = ((4095u * 125000ul) / (4999u * valueAdc + 4095u) + 1) >> 1; 
        GTIM_SetCounterValue(CW_GTIM2, 0u);     //reset. 
        GTIM_SetReloadValue(CW_GTIM2, valueReload); 
        GTIM_SetCompare1(CW_GTIM2, valuePosWidth); //等待ADC外部中断触发源启动下一次ADC转换 
    } 
}

 

6.实验展示

通用定时器GTIM1定时1s自动触发ADC模块进行转换，ADC通道为AIN1:PA01。

通用定时器GTIM2将AIN1的ADC采样值转换成频率可变的PWM方波，占空比50%，使用PA05作为PWM输出。ADC采样值为0时，PWM方波频率为1Hz；ADC采样值为4095时，PWM方波频率为5KHz。

来源：武汉芯源半导体

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审核编辑 黄宇