在mm32f3270上为micropython创建ADC模块

苏勇，2021年10月

文章目录

• 在mm32f3270上为micropython创建ADC模块
• • micropython中对ADC模块的接口定义
  • 设计实现
  • F3270片上资源

micropython中对ADC模块的接口定义

ADC是模拟到数字转换器。

micropython的官方说明文档中，有明确的对ADC模块的接口定义，见：

https://docs.micropython.org/en/latest/library/machine.ADC.html

ADC模块同其它硬件相关外设模块一样，归属于machine模块。它的用法是：

from machine import ADCadc0 = ADC(pin)val0 = adc.read_u16()

其中，

• 构造函数machine.ADC(id)的输入参数id，可以是一个ADC转换的通道号，也可以是一个引脚对象。
• machine.read_u16()函数返回当前通道ADC的采样结果，有效数据宽度16位。

设计实现

1. 关于ADC模块的实例化参数“id”，如果传通道号，倒是容易实现，但如果是传入引脚号，可能会面临一些麻烦：

• 指定的IO引脚可能没有ADC的功能，要考虑一种报错的机制，比如抛异常神马的。
• 通过IO引脚要倒排查询到ADC的通道号，最后执行转换，还是要用ADC通道的。或者可以使用micropython中的map实现。

我感觉第二种方法对用户更友好。从面向对象的角度，用户看到的是引脚，才不关心内部是怎么分配的引脚号，实际转换的时候，用户也看不到分配的通道号，操作的是引脚对象而已。

pin0 = Pin('PA2', mode=Pin.IN_ANALOG)adc0 = ADC(pin0)val0 = adc0.read_u16()

此时需要在代码中建立第一张表格，通过引脚找通道。

同时，ADC()也可以支持直接传入通道号，这就需要在代码中建立第二张表格，通过通道找引脚。

总之，经过ADC()函数之后，要确保初始化引脚和ADC通道入队都要搞定。

另外，在import ADC时，要执行启用ADC转换器时钟的操作。额，算了，ADC可能不是一个单独的模块。但这里还是要看一下，有没有import本身就可以执行的函数。再算了，可能micropython中没有提供这样的接口。至于启动队列，可以在每次调用ADC()添加新引脚的时候查看，默认是关闭转换的，只有当扫描队列中有数时，才初始化ADC（启动ADC时钟，初始化转换器），并启动转换，当通过审查发现扫描队列没有数，则关停扫描队列。

2. 关于read_u16读数的操作

硬件上每次启动ADC转换，都是要等一小会才能拿到转换结果。如果想立刻拿到数，可以用周期触发并缓存最近转换结果的做法，但这要求预先就要指定好转换通道，让转换器后台运行。

当然，预先指定通道的事情，可以让ADC()实例化函数搞一下，当实例化一个ADC采样通道时，实际上后台已经开始转换了，并且周期地将最近一次转换结果保存到一个缓冲区中，这样当启动read_u16函数时，可以直接从缓冲区中读到最近的采样结果，这样做可以保证读数时直接拿到结果，不等待，但特别费电，ADC转换器在后台一直不停地工作。

考虑到可能同时启用多个ADC通道，需要在软件上将转换通道串成一个队列，最好硬件上也仅使用一个ADC转换器，这样刚好结合硬件的转换队列实现这个功能。

要以最快速度进行转换，只能用DMA。如果用中断，会严重影响CPU执行正常语句的效率。硬件提供了连续转换模式，不错不错。

另一种实现方法比较简单，在read_u16()函数执行时才启动转换，如此这样，就要等转换完成之后才能返回转换结果。这样实现比较简单，也比较省电，就是会卡住主程序，这样不好。

3. 关于read_u16读数的结果

官网文档中明确说明，最小值为0，最大值为65525，这是16位ADC的区间。如果是12位ADC，就左对齐，从而满足有效数据表示范围的边界条件。

4. 关于引脚复用功能设定

当在ADC模块的实例化函数中获得指定引脚之后，程序需要找到对应的IO引脚，并重新将其AF功能设定成指定ADC。

F3270片上资源

以仅使用ADC1为例。

1. 关于引脚资源

• ADC1 有 14 路外部输入通道和 2 路内部通道，总计16个通道
• ADC1 有 14 路外部输入通道 0 - 13、内部温度传感器通道 14 和内部 1.2V 参考电压通道 15

其实只要做一个表格就好，字符串队列:

const char *mp_map_adc_pin[] = { "PA0", "PA1", "PA2", ... };

大不了传引脚编号的时候，做一下倒排查询就好。

2. 关于ADC值转换器

F3270上的ADC支持“扫描队列”和“连续扫描模式”。

从手册上看到，在硬件上为每个转换通道预留了寄存器，那么软件就不用准备缓冲区了。