二十二、 ADC光敏电阻实验

模块来源

采购链接：

https://item.taobao.com/item.htm?spm=2013.1.0.0.68c07a63p9f0me&id=522579320463

资料下载链接：

https://pan.baidu.com/s/1VMFN1fVo5jxB80IYTsY67A

资料提取码：y8jw

规格参数

工作电压：3.3-5V

工作电流：1MA

模块尺寸：31.1475 x 14.097mm

输出方式: DO接口为数字量输出 AO接口为模拟量输出

读取方式：ADC

管脚数量：4 Pin（2.54mm间距排针）

1.配置流程

一般使用ADC功能，都需要有以下几个步骤。

配置时钟
配置引脚
配置ADC模式
配置数据对齐方式
配置分辨率
配置采集通道
配置触发方式
开启校准
使能ADC

1.1 配置时钟

本案例使用ADC0进行操作，需要开启ADC0的时钟。不过需要注意的是GD32F4的用户手册写出，ADC的最大时钟频率为40MHz。V因此我们使用ADC时，需要将挂载ADC的时钟总线频率分频到40MHz以下。

ADC的时钟来源有AHB(168MHz)和APB2(84MHz),我们需要选择一个时钟源，并将其分频到40MHz以下。

本案例使用的是APB2作为ADC时钟来源，其最大时钟频率为84MHz，我们需要将其分频到40MHz以下。而它分频的参数有2分频、4分频、6分频、8分频等等。如选择2分频，则最终的ADC时钟频率为 84 / 2 = 42MHz，这明显没有达到我们的40MHz以下的要求。选择4分频，最终的ADC时钟频率为：

4分频满足了我们的要求。

1.2 配置引脚

GD32F407VET6一共有16个外部ADC通道，我们将光敏电阻模块的AO引脚连接在PC1引脚上，查找数据手册的引脚定义可知，PC1的附加功能有ADC0的通道11，ADC1的通道11，ADC2的通道11。

因为我们之前配置时钟的章节开启的是ADC0的时钟，所以这里选择PC1的附加功能，ADC0的通道11进行操作。要操作 GPIO 引脚，必不可少的就是对 GPIO 进行配置，包括开启时钟、配置模式、配置输出、设置功能等，还是这一系列的操作。
PC1引脚和ADC0通道11的宏定义如下：

/* PC1 ADC0_IN11 */
#define BSP_ADC_GPIO_RCU     RCU_GPIOC
#define BSP_ADC_GPIO_PORT    GPIOC
#define BSP_ADC_GPIO_PIN     GPIO_PIN_1

/* PC1 ADC0_IN11 */
#define BSP_ADC_RCU         RCU_ADC0
#define BSP_ADC             ADC0
#define BSP_ADC_CHANNEL     ADC_CHANNEL_11

初始化GPIO引脚的配置如下：

//使能引脚时钟
rcu_periph_clock_enable(BSP_ADC_GPIO_RCU);
//使能ADC时钟
rcu_periph_clock_enable(BSP_ADC_RCU);
//配置ADC时钟
adc_clock_config(ADC_ADCCK_PCLK2_DIV4);
//配置引脚为模拟浮空输入模式
gpio_mode_set(BSP_ADC_GPIO_PORT, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, BSP_ADC_GPIO_PIN);

以上代码需要注意的是使用ADC功能时，引脚必须设置为模拟浮空模式，如设置为上拉或下拉模式，则采集的电压是不准确的。

1.3 配置ADC模式

ADC的模式有4种，分别是单次、连续、扫描和间断转换模式。具体的讲解见章节【22.1.2. GD32的ADC介绍】，这里我们配置为扫描模式，这样就可以根据自己的需要，配置采集通道进行依次扫描采集对应引脚的模拟信号。也可以根据需要配置为连续模式和间断模式。
扫描模式配置如下：

//使能扫描模式
adc_special_function_config(BSP_ADC, ADC_SCAN_MODE, ENABLE);

GD32还有一个同步模式。只有在具有两个或三个 ADC 的设备上，可以使用 ADC 同步模式。 ADC的同步模式是一种使用相同时钟或者外部同步信号的多路采样模式，以实现多个ADC采样时序的严格同步，从而提高AD转换的精度。比如ADC0和ADC1同时采样。在使用ADC的同步模式时，需要按照正确的顺序配置各种参数和模块进行初始化设置。
而我们使用的是独立模式，独立模式是指ADC使用单独的触发信号进行采样转换，可以被用于单次转换或者轮寻方式下的连续转换。在独立模式下，ADC模块中的各个转换通道之间是独立的，每个 ADC 都独立工作。
我们通常只需要使用独立模式即可。
独立模式配置如下：

//配置ADC为独立模式
adc_sync_mode_config(ADC_SYNC_MODE_INDEPENDENT);

1.4 配置数据对齐方式

GD32F407VET6微控制器的ADC支持各种数据对齐方式以适应不同的应用场景。常见的数据对齐方式包括左对齐和右对齐。在右对齐模式下，ADC的数据在转换结束后被右对齐到最低位，不足的位数在高位填充0。右对齐模式允许实现在没有精度的损失下更好的动态范围。

在左对齐模式下，ADC的数据被左对齐到最高位，不足的位数在低位填充0。左对齐模式可以提高分辨率，但会导致动态范围降低。

我们配置为右对齐方式，这样我们可以直接将转换完成的数据进行运算。
右对齐方式的配置如下：

//数据右对齐
adc_data_alignment_config(BSP_ADC, ADC_DATAALIGN_RIGHT);

1.5 配置分辨率

GD32F407VET6的分辨率可以配置为6、8、10、12 位。我们可以通过降低 ADC 的分辨率，获得较快的转换时间（tADC）。对于那些不需要高精度数据的应用，可以使用较低的分辨率来实现更快速地转换。

这里我们配置为12位分辨率。分辨率的配置如下：

//ADC0设置为12位分辨率
adc_resolution_config(BSP_ADC, ADC_RESOLUTION_12B);

1.6 配置采集通道

我们需要配置的是使用的通道和采集通道个数。这里我们使用的是常规通道组，并且只需要转换一个通道。后续需要采集多个通道时，只需要修改采集的通道即可。
采集通道的配置如下：

//ADC0设置为规则组  一共使用 1 个通道
adc_channel_length_config(BSP_ADC,ADC_ROUTINE_CHANNEL, 1);

1.7 使能ADC

ADC配置好之后并不能开始工作，还需要去使能，就是相当于有一个开关可以打开关闭。需要注意的是要先使能了ADC之后，才能开始进行自校准。

//ADC0使能
adc_enable(BSP_ADC);

1.8 配置触发方式

触发的方式有两种，分别是外部触发方式和软件触发方式。其中外部触发输入的上升沿、下降沿可以触发规则组或注入组的转换。具体见GD32F4用户手册的第271页。需要注意的是可以实时修改外部触发选择，在修改期间不会出现触发事件。
软件触发方式是由软件触发启动，通常用在单次采样转换中。在软件触发模式下，ADC转换工作被触发后，由软件控制以固定的时间间隔进行转换，因此通常用于采集时间不太关键，但要求精度较高的应用。
这里选择的是软件触发方式，软件触发方式的配置如下：

//ADC外部触发禁用, 即只能使用软件触发
adc_external_trigger_config(BSP_ADC,ADC_ROUTINE_CHANNEL,EXTERNAL_TRIGGER_DISABLE);
//使能软件触发
adc_software_trigger_enable(BSP_ADC, ADC_ROUTINE_CHANNEL);

1.9 开启校准

ADC 带有一个前置校准功能。在校准期间，ADC 会计算一个出厂校准系数，这个系数是应用于 ADC 内部的，它直到 ADC 下次掉电才无效。在 A/D 转换前应执行校准操作。在校准期间，应用不能使用 ADC，它必须等到校准完成。通过软件设置 CLB=1 来对校准进行初始化，在校准期间CLB 位会一直保持 1，直到校准完成，该位由硬件清 0。可以直接使用库函数调用校准，完成操作。
开启校准的配置如下：


//开启ADC自校准
adc_calibration_enable(BSP_ADC);

这个函数使能ADC，有一个参数，就是要使能的ADC。
最终的ADC全部配置参数如下：

void bsp_adc_init(void)
{
    //使能引脚时钟
    rcu_periph_clock_enable(BSP_ADC_GPIO_RCU);
    //使能ADC时钟
    rcu_periph_clock_enable(BSP_ADC_RCU);
    //配置ADC时钟
    adc_clock_config(ADC_ADCCK_PCLK2_DIV4);

    //配置引脚为模拟浮空输入模式
    gpio_mode_set(BSP_ADC_GPIO_PORT, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, BSP_ADC_GPIO_PIN);

    //使能扫描模式
    adc_special_function_config(BSP_ADC, ADC_SCAN_MODE, ENABLE);

    //配置ADC为独立模式
    adc_sync_mode_config(ADC_SYNC_MODE_INDEPENDENT);

    //数据右对齐
    adc_data_alignment_config(BSP_ADC, ADC_DATAALIGN_RIGHT);

    //ADC0设置为12位分辨率
    adc_resolution_config(BSP_ADC, ADC_RESOLUTION_12B);

    //ADC0设置为规则组  一共使用 1 个通道
    adc_channel_length_config(BSP_ADC,ADC_ROUTINE_CHANNEL, 1);

    //ADC0使能
    adc_enable(BSP_ADC);

    //ADC外部触发禁用, 即只能使用软件触发
    adc_external_trigger_config(BSP_ADC,ADC_ROUTINE_CHANNEL,EXTERNAL_TRIGGER_DISABLE);

    //使能软件触发
    adc_software_trigger_enable(BSP_ADC, ADC_ROUTINE_CHANNEL);

    //开启ADC自校准
    adc_calibration_enable(BSP_ADC);
}

2. 采集转换

我们之前使用的是扫描模式并使用的是软件触发方式，因此当我们要采集信号时，需要配置好采集通道并开启软件转换。开启转换后，等待EOC标志位置1。其中EOC为转换完成标志位，我们可以通过判断其是否置1，确定是否转换完成。转换完成后将数据从16位寄存器中取出。

/**********************************************************
 * 函 数 名 称：Get_ADC_Value
 * 函 数 功 能：读取ADC值
 * 传 入 参 数：ADC_CHANNEL_x=要采集的通道
 * 函 数 返 回：测量到的值
 * 作       者：LC
 * 备       注：默认采样周期为15个ADC采样时间
**********************************************************/
unsigned int Get_ADC_Value(uint8_t  ADC_CHANNEL_x)
{
    unsigned int adc_value = 0;
    //设置采集通道
    adc_routine_channel_config(BSP_ADC, 0, ADC_CHANNEL_x, ADC_SAMPLETIME_15);
    //开始软件转换
    adc_software_trigger_enable(BSP_ADC, ADC_ROUTINE_CHANNEL);
    //等待 ADC0 采样完成
    while( adc_flag_get(BSP_ADC, ADC_FLAG_EOC) == RESET )
    {

    }
    //读取采样值
    adc_value = adc_routine_data_read(BSP_ADC);
    //返回采样值
    return adc_value;
}

3. 实验现象

在main.c中调用unsigned int Get_ADC_Value(uint8_t ADC_CHANNEL_x);函数，采集PC1引脚的电压，并通过串口输出。

int main(void)
{
    board_init();
    bsp_uart_init();

    uint16_t value = 0;

    bsp_adc_init();
    while(1)
    {
            value = Get_ADC_Value(BSP_ADC_CHANNEL);
            printf("value = %d\r\n", value );
            printf("voltage = %f V\r\n", value / 4095.0 * 3.3 );
            delay_ms(500);
    }
}

在灯光充足的情况下，ADC转换的值大约为4000左右，转换为实际电压接近3.3V。
当用手挡住光敏电阻后，采集到的值大约在60左右，转换为实际电压接近0V。

如果没有光敏电阻，则可以连接到3.3V或者GND进行测试。当接入3.3V时采集到的值接近4095；当接入GND时，采集到的值接近0。
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规格参数

1.配置流程

1.1 配置时钟

1.2 配置引脚

1.3 配置ADC模式

1.4 配置数据对齐方式

1.5 配置分辨率

1.6 配置采集通道

1.7 使能ADC

1.8 配置触发方式

1.9 开启校准

2. 采集转换

3. 实验现象

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1.配置流程 ​

1.1 配置时钟 ​

1.2 配置引脚 ​

1.3 配置ADC模式 ​

1.4 配置数据对齐方式 ​

1.5 配置分辨率 ​

1.6 配置采集通道 ​

1.7 使能ADC ​

1.8 配置触发方式 ​

1.9 开启校准 ​

2. 采集转换 ​

3. 实验现象 ​

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3. 实验现象