RT-Thread记录（十四、I/O 设备模型之ADC设备）

RT-Thread ADC 设备学习使用

目录

前言

一、ADC 采样基础

• 1.1 ADC 通道
• 1.2 ADC 分辨率
• 1.3 ADC 采样计算

二、ADC 设备操作函数

• 2.1 查找 ADC 设备
• 2.2 使能/关闭 ADC 通道
• 2.3 读取采样值

三、ADC 设备示例

• 3.1 ADC 设备使用步骤
• 3.2 测试

结语

前言

我曾经考虑过把 RT-Thread 常用的设备都写完，其实通过前面的《全面认识 RT-Thread I/O 设备模型》文章学习，以及 UART 和 PIN设备的学习分析，对于 RT-Thread 其他的一些设备 自己看资料基本都可以用起来了，都是同样的思路，自己写写程序测试都可以用起来了。

再加上 RT-Thread 有很多软件包，正真的我们实际的普通应用中需要自己写的也不会太多（除非你使用的设备传感器是小众品牌或者新品，那根据前面文章也刻意自己尝试把驱动写好），所以我再简单的测试几个典型的设备，设备驱动篇也就算更新完了。

本文相对比较轻松，测试一下简单的 ADC 设备。

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本 RT-Thread 专栏记录的开发环境：
RT-Thread记录（一、RT-Thread 版本、RT-Thread Studio开发环境 及 配合CubeMX开发快速上手）
RT-Thread记录（二、RT-Thread内核启动流程 — 启动文件和源码分析）
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RT-Thread 设备篇系列博文链接：
RT-Thread记录（十、全面认识 RT-Thread I/O 设备模型）
RT-Thread记录（十一、I/O 设备模型之UART设备 — 源码解析）
RT-Thread记录（十二、I/O 设备模型之UART设备 — 使用测试）
RT-Thread记录（十三、I/O 设备模型之PIN设备）

一、ADC 采样基础

ADC(Analog-to-Digital Converter) 模数转换器，把模拟信号转化为数字信号，比较简单。在我们测试之前简单的说明 ADC 使用的几个基本点：

1.1 ADC 通道

对于现在的 MCU 来说，一般都有 ADC 引脚，将需要检测的模拟量连接至对应的 IO 口，做好配置就能使用，对于我们测试使用的 STM32 来说，其 ADC 通道对应关系我在以前 STM32 笔记文章中有过记录，如下表格：

 

1.2 ADC 分辨率

分辨率以二进制（或十进制）数的位数来表示，一般有8位、10位、12位、16位等。

对于我们测试使用的 STM32F1xx 系列的芯片来说，他们的 ADC 最大支持12位，这个在 STM32 芯片手册中可以看到：

 

截图是为了说明很多资料其实都是官方文档中会说明，当然官方文档是英文版本的，再次声明一下，学习一个芯片最好的资料就是官方文档 。

很多常见的问题你或许可以网上搜索就能找到，但是如果一个新的芯片，网上参考资料少，你得想起来官方文档！

分辨率是什么概念?

比如一个ADC设置为 12 位的分辨率，2 的12 次方 = 4096，简单来说就是这个 ADC 设备把他的量程分为 4096 份：0 ~ 4095 最大值 4095 就等于他量程的最大值。
一般来说我们使用 STM32 VDDA引脚都是直接连接3.3V，所以STM32 ADC的量程为 0~ 3.3V 。如果读到 4095 的ADC 值，就表示读到的电压为 3.3V 。

至于12位分辨率是除 4095 还是 4096 ，这个其实网上各有说法，用 4095 的可能占大多数，实际上结果相差不大。

1.3 ADC 采样计算

我们 ADC 读取到的是数字量，数字量表示并不直观，所以一般我们最终还是要转化成模拟量，转化的公式在以前 STM32 使用记录文章中也有过，如下图：

 

根据上文说明，只要在电路设计的时候 STM32 的 VDDA 引脚是直接与3.3V 连接的，就可以用如下公式计算：

最终读出的电压值 = VDDA（一般来说是3.3V）* 读到的 ADC 的值（理解为实际读到了多少份）/ 4095 (12位分辨率)。

二、ADC 设备操作函数

从本文开始我们就不分析设备的驱动实现原理了，前面的 UART 和 PIN 设备已经很透彻了，感兴趣大家都可以自己查看源码分析。

ADC设备操作函数，还是比较简单的，就4个：

2.1 查找 ADC 设备

rt_device_find以前就见过的，I/O 设备模型通用的查找函数：

/*
参数 	描述
name 	ADC 设备名称
返回 	——
设备句柄 	查找到对应设备将返回相应的设备句柄
RT_NULL 	没有找到设备
*/
rt_device_t rt_device_find(const char* name);

但是这里需要额外说明的是，使用此函数查找 ADC 设备需要强制转换一下，我们定义用来接收的设备句柄不是使用rt_device_t ，而应该使用rt_adc_device_t：

 

2.2 使能/关闭 ADC 通道

根据自己使用的 GPIO 引脚（对应上文 ADC 通道表格），对 ADC 通道进行使能和关闭。

使能 ADC 通道：

/*
参数 	描述
dev 		ADC 设备句柄
channel 	ADC 通道
返回 	——
RT_EOK 		成功
-RT_ENOSYS 	失败，设备操作方法为空
其他错误码 	失败
*/
rt_err_t rt_adc_enable(rt_adc_device_t dev, rt_uint32_t channel)

关闭 ADC 通道：

/*
参数 	描述
dev 		ADC 设备句柄
channel 	ADC 通道
返回 	——
RT_EOK 		成功
-RT_ENOSYS 	失败，设备操作方法为空
其他错误码 	失败
*/
rt_err_t rt_adc_disable(rt_adc_device_t dev, rt_uint32_t channel)

2.3 读取采样值

/*
参数 	描述
dev 	ADC 设备句柄
channel 	ADC 通道
返回 	——
读取的数值 	
*/
rt_uint32_t rt_adc_read(rt_adc_device_t dev, rt_uint32_t channel)

三、ADC 设备示例

ADC的原理以及操作函数都比较简单，我们在 RT-Thread Studio 使用 ADC 设备，反倒是他的使用步骤需要稍微注意一下:

3.1 ADC 设备使用步骤

我们以前讲过，在 RT-Thread 工程中，所有的外设的配置都是在 board.h 文件中，我们可以查看其中关于 ADC 使用步骤的注释：

 

1、首先，在 RT-Thread Studio 工程中，打开 RT-Thread Settings，使能 ADC 驱动，如下图所示：

 

接着上图的操作，通过组件栏目打开 ADC 驱动，退出保存：

 

2、 宏定义 #define BSP_USING_ADC1（这里需要确定自己准备使用哪一个 ADC）：

 

3、找一个 ADC 初始化的代码，通过STM32CubeMX 配置：

我们按照系列文章第一篇：RT-Thread记录（一、RT-Thread 版本、RT-Thread Studio开发环境 及 配合CubeMX开发快速上手） 来使用STM32CubeMX 进行配置：

 

设置完成后记得看一下 ADC 时钟部分：

 

完成后直接生成代码（不要打开，回到 RT-Thread Studio 如果弹出界面点击确认）然后可以发现工程中已经更新了 adc.h ：

 

到这一步，我们已经能够找到我们需要的 HAL_ADC_MspInit 文件了，通过 adc.h 头文件找到 adc.c 文件中的这个函数：

 

4、 把HAL_ADC_MspInit 函数复制到 board.c 文件最后面，如下图：

 

5. 修改 stm32xxxx_hal_config.h 文件，使能 ADC 模块：

这里我们要注意下一下，我们使用过 STM32CubeMX ，所以这个文件的位置发生了变化，这个在以前讲过，具体看图：

 

其实我们使用 STM32CubeMX 设置过 ADC 以后，这最后一步我们不需要修改，因为在文件中 CubeMX已经修改好了：

 

到这里，ADC 的配置就算全部完成了，我们可以直接在应用程序中，使用 ADC 设备操作函数实现ADC 的读取。

3.2 测试

基于上面的步骤，我们直接在应用层调用接口，直接放一张图说明：

 

测试结果：

 

开发板的供电不是标准的3.3V，而是3.28V，所以最终结果计算出来有点误差= =！

结语

本文学习的 ADC 设备操作使用比较简单，反倒是他的使用配置相对来说复杂一点。

写完 ADC 设备，计划再测试一个 SPI 设备，就要做设备驱动小结了，I/O 设备模型部分其实前面几篇博文学会了，也就会了，其他的只不过是需要花时间看一看。
 

　　审核编辑：汤梓红