ARM(12) - ADC 检测光照强度

一、ADC 基本概念

ADC（Analog-to-Digital Converter，模拟数字转换器）的核心功能是将连续的模拟电压信号转换为离散的数字值。常见 ADC 类型及特点：

• 逐次比较型 ADC：精度优于 Flash 型 ADC，速度优于双积分型 ADC，是精度与速度的 “平衡之选”（I.MX6ULL 采用线性逐次逼近算法的 ADC）。
• 双积分型 ADC：精度高、抗干扰能力强，但转换速度慢，适合低速高精度场景（如数字电表）。
• Flash 型 ADC：转换速度极快，但精度较低、硬件复杂度高（需大量比较器），适合高速低精度场景（如视频信号采集）。

ADC 关键参数：

• 量程：ADC 能转换的模拟电压范围，由参考电压决定（待测电压不能超过参考电压）。
• 分辨率：以 “位数” 衡量（如 8 位、10 位、12 位）。12 位 ADC 的数字值范围为 0~4095（\(2^{12}-1 = 4095\)），位数越多，对电压的 “细分能力” 越强，精度越高。

 逐次逼近   二分法

adc：量程：指的是adc能转换的模拟电压的范围，由参考电压决定。

        待测·电压不能大于参考电压

分辨率：adc的位数。

        12bit 

        10bit

        8bit

二、I.MX6ULL ADC 模块特性

结合芯片手册与代码，I.MX6ULL 的 ADC 模块具有以下特点：

• 采用线性逐次逼近算法，分辨率最高可达 12 位（数字值范围 0~4095）。
• 采样率最高可达 1MS/s（1 兆次 / 秒），满足多数中速采样场景。
• 支持多外部模拟输入通道（代码中使用 GPIO1_IO01 作为模拟输入示例）。
• 配置灵活：
  • 可配置采样时间、转换速度 / 功耗；
  • 输入时钟可从多个源选择，还支持低噪声异步时钟源（降低转换噪声）；
  • 支持转换完成中断、硬件平均等功能；
  • 可配置 “自动比较”（与阈值比较，触发中断或标志）。
• 支持校准功能：上电或高精度要求时，需执行校准以提升转换精度。（自校准功能）

Feature 特点/特性

模数转换器框图

两个引脚的差值（稳定）作为------》参考电压

ADC外部信号

时钟选择和分频

三、寄存器和引脚配置（查手册）

 引脚

电气特性        用带参宏配置

 寄存器

ADLSMP

长采样     -》 时钟周期长         --越短越好

GC寄存器

HC【0】  寄存器

三、ADC 驱动代码分析（裸机实现）

以下是 ADC1 模块驱动代码，包含

ADC 校准

初始化

获取采样值

转换为电压值的功能。

1. 引脚配置（模拟输入使能）

ADC 需要将 GPIO 引脚配置为模拟输入模式，并设置合适的电气属性（如上下拉、驱动能力等）。

代码示例（以 GPIO1_IO01 为例）：

// 1. 配置GPIO1_IO01引脚为ADC功能（引脚复用）// 第二个参数"1"表示将引脚复用为ADC功能（具体值由芯片手册定义）IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO1_IO01_GPIO1_IO01, 1);// 2. 配置引脚电气属性：关闭上拉（PUE=0）IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO01_GPIO1_IO01, IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_PUE(0));// 3. 配置引脚电气属性：使能拉电路（PKE=1），确保引脚在未输入时电平稳定IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO01_GPIO1_IO01, IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_PKE(1));

2. ADC 校准（提升精度）

校准是为了消除 ADC 内部的偏移误差，确保转换精度。代码中 adc1_Calibration 函数实现校准逻辑：

int adc1_Calibration(void)
{ADC1->GS |= (1 << 1);  // 置位GS寄存器bit1，启动校准ADC1->GC |= (1 << 7);  // 置位GC寄存器bit7，开始校准while((ADC1->GC & (1 << 7)) != 0);  // 等待校准完成（GC bit7清零）return ((ADC1->GS) & (1 << 1)) == 0;  // 校准成功时，GS bit1会清零，返回校准结果
}

3. ADC 初始化（模块使能与参数配置）

adc1_init 函数完成 ADC 模块的基础配置：

void adc1_init(void)
{// 1. 配置GPIO1_IO01引脚为ADC功能（引脚复用）// 第二个参数"1"表示将引脚复用为ADC功能（具体值由芯片手册定义）IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO1_IO01_GPIO1_IO01, 1);// 2. 配置引脚电气属性：关闭上拉（PUE=0）IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO01_GPIO1_IO01, IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_PUE(0));// 3. 配置引脚电气属性：使能拉电路（PKE=1），确保引脚在未输入时电平稳定IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO01_GPIO1_IO01, IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_PKE(1));// 2. 失能中断（避免初始化时触发中断）ADC1->HC[0] &= ~(1 << 7);  // 清除HC[0]的bit7（中断使能位）// 3. 配置CFG寄存器（ADC工作参数，如采样时间、分辨率等）ADC1->CFG = 0;ADC1->CFG |= (2 << 2) | (3 << 0);  // 具体位配置需参考芯片手册，此处为示例// 4. 配置GC寄存器，使能ADC模块ADC1->GC = 0;ADC1->GC |= (1 << 0);  // 置位bit0，使能ADC// 5. 执行校准并打印结果printf(adc1_Calibration() ? " Calibration completed normally.\n" : "Calibration failed. \n");
}

4. 采样与数字值获取（get_adc_value）

通过配置 “通道控制寄存器” 启动转换，轮询 “状态寄存器” 等待完成，最后从 “数据寄存器” 读取结果：

unsigned short get_adc_value(void)
{// 1. 配置HC[0]（通道0控制寄存器），启动通道0转换ADC1->HC[0] = 0;          // 先清零ADC1->HC[0] |= (1 << 0);  // 置位bit0（启动转换位），启动通道0的AD转换// 2. 等待转换完成：轮询HS寄存器（状态寄存器）的bit0（通道0转换完成标志）while((ADC1->HS & (1 << 0)) == 0);// 3. 读取转换结果：R[0]为通道0数据寄存器，低12位为有效数据（12位分辨率）return ADC1->R[0] & 0XFFF;  // 只保留低12位
}

5. 电压转换（get_adc_volt）

根据 ADC 分辨率和参考电压，将数字值转换为实际电压（I.MX6ULL 参考电压为 3.3V）：

/*** @brief   将ADC采样值转换为实际电压值* @return  电压值（单位：V，范围：0~3.3V）*/
float get_adc_volt(void)
{unsigned short adc_val;adc_val = get_adc_value();      // 获取12位采样值// 电压计算公式：参考电压为3.3V，12位ADC的最大值为4095（对应3.3V）// 采样值与电压成正比：电压 = 3.3V * 采样值 / 4096return 3.3 * adc_val / 4096;
}

6. 主函数（业务逻辑与测试）

主函数初始化系统各模块后，循环采集 ADC 电压并打印：

int main(void)
{// 初始化系统基础模块（时钟、中断、LED、蜂鸣器、按键等）clock_init();system_interrupt_init();led_init();beep_init();key_init();epit1_init();gpt1_init();uart1_init();i2c1_init();adc1_init();  // 初始化ADCfloat voltage = 0;int int_part = 0, dec_part = 0;  // 电压整数、小数部分（保留三位小数）while (1){voltage = get_adc_volt();        // 获取电压（单位：V）voltage *= 1000;                 // 放大1000倍，便于提取三位小数int_part = voltage / 1000;       // 整数部分dec_part = (int)voltage % 1000;  // 小数部分（三位）printf("ADC Voltage: %d.%03d V\n", int_part, dec_part);delay_ms(100);  // 延迟100ms，重复采样}
}

关键知识点总结

1. ADC 校准：通过adc1_Calibration函数消除硬件偏移误差，是高精度采样的必要步骤。
2. 引脚配置：通过IOMUXC_SetPinMux和IOMUXC_SetPinConfig将 GPIO 复用为 ADC 输入，并配置电气属性（如禁用上拉、使能拉电路）。
3. 寄存器操作：
   • GS：状态寄存器，用于判断校准状态
   • GC：全局控制寄存器，用于使能 ADC 和启动校准
   • HC[0]：通道 0 控制寄存器，用于启动转换和配置中断
   • HS：转换状态寄存器，用于判断转换是否完成
   • R[0]：通道 0 数据寄存器，存储转换结果
4. 数据转换：12 位 ADC 的采样值（0~4095）通过比例计算转换为实际电压（0~3.3V）。

四、实验现象

检测到光照强度