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ARM 下的 ADC（模数转换器）

• ADC（Analog to Digital Converter，模数转换器）是嵌入式系统中非常重要的一个模块，负责将连续变化的模拟信号（如温度、电压、电流等）转换为数字信号，供 CPU 和程序进行处理。

1. ADC 基本概念
   • 模拟量（Analog Quantity）：模拟量是连续变化的物理量，比如温度、湿度、光照强度、电压等。它们的变化是连续的，无法直接被数字处理器理解。
   • 数字量（Digital Quantity）：数字量是离散的、不连续的。数字处理器只能处理数字量，比如 1 和 0 的组合。
   • 转换：ADC 模块负责将模拟信号（比如电压信号）转换为相应的数字量，使处理器能够读取和处理。
2. 工作原理

• 在 ARM 系统中的 ADC 模块通常是一个基于电压的转换器，它通过对输入电压信号的采样，将其转换为对应的数字值。
• 例如，在 12 位 ADC 中，输入电压的范围通常为 0 - Vref，其中 Vref 是参考电压。输入电压 Vx 可以通过以下公式转换为数字值
  $$BL=\frac{V_x}{V_{ref}}\times 4095$$
  • BL 是 ADC 转换得到的数字值，12 位 ADC 的最大值是 4095（即 2^12 - 1）
  • Vx 是输入的电压值
  • Vref 是参考电压，通常为 3.3V 或 5V

3. ARM下的ADC特点
   • 分辨率：ADC 的分辨率决定了它能将模拟量细分为多少个数字值。例如，12 位分辨率的 ADC 能将输入电压分成 4096 个离散的数字量（即 0 - 4095）
   • 采样速度：这是 ADC 每秒能够执行的转换次数，通常以 Samples Per Second（SPS，样本/秒）为单位
   • 参考电压（Vref）：这是 ADC 转换时的参考电压，通常由外部或者内部的电压源提
4. ADC编程步骤
   • 配置 GPIO 引脚为模拟输入模式： 在一些 ARM Cortex-M 系列的 MCU 中，ADC 通道与特定的 GPIO 引脚绑定，在使用 ADC 之前需要将 GPIO 配置为模拟模式。
   • 配置 ADC 模块：
     • 配置分辨率和采样速度（如 12 位，1 MSPS）。
     • 设置参考电压（Vref）。
   • 启动转换： 启动 ADC 转换，等待 ADC 模块完成采样并将结果存储在数据寄存器中。
   • 读取 ADC 数据寄存器： 一旦转换完成，ADC 数据寄存器将存储转换后的数字值，可以通过访问寄存器读取这个值。
5. ARM 典型寄存器配置（伪代码）

// 伪代码 - ARM ADC 配置与读取
//基于 ARM Cortex-M 系列的 ADC 配置步骤
void ADC_Init(void)
{
   
    // 1. 配置 GPIO 引脚为模拟输入模式
    GPIO_PinConfig(GPIOA, PIN1, GPIO_MODE_ANALOG);

    // 2. 配置 ADC 模块
    ADC1->CR1 = 0;               // 配置为12位模式
    ADC1->SQR1 = 0;              // 设置规则序列长度为 1
    ADC1->SMPR2 |= ADC_SMPR2_SMP10; // 设置采样时间

    // 3. 启动 ADC
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;    // 启用 ADC 模块
}

uint16_t ADC_Read(void)
{
   
    // 4. 启动转换
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_SWSTART; // 启动转换

    // 5. 等待转换完成
    while(!(ADC1->SR & ADC_SR_EOC)); // 等待转换结束

    // 6. 读取 ADC 数据寄存器
    return ADC1->DR; // 返回转换后的值
}

6. ARM 下的 ADC 实际应用
   • 温度测量：读取热敏电阻输出的模拟电压值，将其转换为数字值，再根据转换结果计算温度。
   • 电压监测：通过电压分压电路，监测电池或电源的电压值，进而判断电源状态。
   • 光强度检测：读取光电二极管或光敏电阻的模拟信号，转换为数字量后判断环境光照强度。

ARM的ADC编程实例（main.c）

1. 第一步：UART初始化
   目的：初始化串口通信模块，使 CPU 可以通过 UART 向外部设备发送字符数据（例如，输出 ADC 转换得到的电压值

#define	GPA1CON  	*(volatile long*)0x11400020	// GPIO A1 控制寄存器地址
#define	ULCON2		*(volatile long*)0x13820000	// UART 控制寄存器 ULCON2，设置 UART 数据格式
#define	UCON2		*(volatile long*)0x13820004	// UART 控制寄存器 UCON2，设置 UART 的控制模式（轮询模式）
#define	UTRSTAT2	*(volatile long*)0x13820010	// UART 状态寄存器，用于查询 UART 是否就绪
#define	UTXH2		*(volatile long*)0x13820020	// UART 发送寄存器，用于向 UART 发送数据

#define	UBRDIV2		*(volatile long*)0x13820028	// UART 波特率寄存器，设置波特率
#define	UFRACVAL2 	*(volatile long*)0x1382002C	// UART 波特率分数寄存器，用于波特率微调

void uart_init(void)
{
   
	GPA1CON = GPA1CON & ~0xF;                  // 清除 GPA1_0 的配置位，确保后续操作正确
	GPA1CON = GPA1CON | (1<<1);                // 设置 GPA1_0 为 UART 发送功能
	GPA1CON = GPA1CON & ~