小猫爪：S32K3学习笔记05-S32K3之ADC

  • 1 前言
  • 2 资源简介
  • 3 ADC功能详解
    • 3.1 ADC mux-mode channels
    • 3.2 ADC内部框架
    • 3.3 时钟源
    • 3.4 通道类型
    • 3.5 触发信号
      • 3.5.1 标准触发
      • 3.5.2 注入触发
      • 3.5.3 BCTU触发
    • 3.6 校准和自检
      • 3.6.1 校准
      • 3.6.2 自检
    • 3.7 模拟门狗
    • 3.8 DMA和中断
    • 3.9 转换时间的计算
  • 4 使用注意事项
    • 4.1 CDR寄存器
  • 5 MCAL配置
  • 待续。。。。。

1 前言

  今天学习了一下S32K3的ADC模块，接下来做个总结。

2 资源简介

  下表是S32K3各型号拥有的ADC模块。

  下表是三个ADC模块拥有的体征：

  可以看到对于ADC的通道有Precision channels,Standard channels,Special Internal channels,External channels之分，至于这些类型的通道都有什么不同，还有这个图上的信息有点问题，后面会详细说到。

  表中还有一个BCTU trigger，这个就是一个硬件触发模块，可以通过配置BCTU去触发ADC转换，之后ADC转换的结果会传递到BCTU模块，一般在电力电子，电机控制应用中比较常见，后面会专抽一章来介绍BCTU。

3 ADC功能详解

3.1 ADC mux-mode channels

  这个指的就是一个pad可能会对应多个ADC通道，可以通过DCM寄存器中每个通道对应的GPR位来设置。下图例举了几个例子：

  所以说如果配置了一些PAD复用成AI后，还得观察一下这个PAD是否为ADC通道的默认引脚，如果不是的话，还得需要配置一下DCM寄存器。

3.2 ADC内部框架

  下图是ADC模块的内部框架图。

  乍一看上去巨复杂，但是要是仔细稍微那么一看，其实这个ADC模块也就是个纸老虎，非常简单。

  说得简单点就是当ADC接收到触发信号后，就会开始启动转换，转换完成后就会生成转换结果，DMA请求信号以及中断信号，如果使能了看门狗功能，还会输出看门狗的信号。

  说得复杂细致点，步骤如下：

  1. 当ADC接收到三种不同类型的触发器（BCTU、注入或正常）中的一种时，优先级多路复用器启动转换。
  2. 根据触发器类型和自检得配置，被选择的通道输入被转换
  3. 状态机（FSM）从空闲状态转换为转换状态。如果下一次要转换的通道为外部通道，那么转换在DSDR[DSD]配置的延迟后开始。
  4. 转换开始后，转换控制块将保持内部电容网络CDAC保持相同的CTRi[INPSAMP]的时间。
  5. 在比较阶段，CALBISTREG[RESN]定义了用于执行逐次逼近算法的步数。校准期间确定的误差校正值将添加到原始结果中。如果平均值被启用（MCR[AVGEN]=1），最多32个（通过MCR[AVGS]指定）转换结果被平均以获得后果。
  6. 当转换完成且所有平均步骤均已完成时：
    A. 转换完成信号置位。
    B. 转换_数据[14:0]写入数据结果寄存器。
    C. FSM状态机切换为完成状态。
  7. 通道选择块中的下一个输入被选择，FSM状态机切换到转换状态，第二次转换开始。这将持续进行，直到所有选定的通道输入都已转换。
  8. 如果启用了模拟看门狗，则将转换结果与配置的阈值进行比较。如果满足条件，可以触发中断。
  9. 自检可以检查ADC的完整性，可以与正常转换交错进行，也可以作为独立检查。
  10. 如果正在进行的转换被中止（通过将1写入MCR[ABORT]），或一组输入通道的转换被中止（通过将1写入MCR[ABORTCHAIN]），FSM将转换为空闲状态。如果MCR[ABORT]写1，则转换控制块停止当前转换；如果MCR[ABORTCHAIN]写1，则完成当前转换再中止转换。在这两种情况下，转换控制块的转换完成输出信号都会被置1。

3.3 时钟源

  ADC模块最高可支持的时钟频率到达80MHz，如果选择的时钟源超过80MHz的话，那么就需要设置ADC时钟分频器系数，是最后的ADC时钟在80MHz以内。下图显示在各个时钟源区间的分频设置，其中MCR[ADCLKSEL]设置分频系数，AMSIO[17]使能高速转换模式。

3.4 通道类型

  在一开始就说了由4种输入通道类型，分别是Precision channels,standard channels,special internal channels，那么这4种分别代表什么呢？

  1. Precision channels
    精确通道，转换结果分辨率能达到12bit。
  2. Standard channels
    标准通道，转换结果分辨率能达到10bit。
  3. Special internal channels
      这种就是通道的输入源在芯片内部，比如什么温度传感，REF等。在上面资源介绍中，表格上面显示有问题，其实真实情况应该是ADC0有5个，ADC1有4个，ADC2有4个。具体情况如下：


    其中ANAMUX_OUT的输入源就是芯片内部的一些电压点，可以通过DCMRWF1[SUPPLY_MON_SEL]字段来配置。
  4. External channels
      ADC提供三个外部解码信号，用于从外部模拟多路复用器的八个通道中选择一个通道。最多可以有四个这样的多路复用器用于连接32个外部通道。ADC根据选择用于转换的当前通道，自动设置解码信号以控制这些外部模拟多路复用器。

3.5 触发信号

  从ADC工作流程来看，其实S32K3的ADC模块非常的纯粹，一旦有触发信号过来，ADC模块就开始安装原先的配置转换当前被使能的通道。所以想要实现一些复杂的转换完完全全取决于触发信号的产生。下面就来一一来看ADC模块的三大类型的触发信号，分别是标准触发，注入触发，BCTU触发。

3.5.1 标准触发

  标准触发指的就是传统意思上的ADC触发，就是由软件或者硬件来启动一次DMA转换，转换模式可以是单次转换模式和连续扫描模式，单次转换模式就是把所有使能的标准通道（由NCMR寄存器使能）转换完成后就自动停止转换，而连续扫描模式就是连续循环转换。

  其中软件触发模式就是给MCR[NSTART]写1，而硬件触发就是通过TRGMUX模块来配置其他外设信号触发标准通道转换。

  转换的顺序为Precision—>standard—>external，同类型通道则从小往大。当所有使能的标准通道转换完成后ECH中断置位。

3.5.2 注入触发

  注入触发指的就是当一次注入触发信号来了，ADC模块就会立即去转换使能的注入通道（由JCMR寄存器使能），如果当前ADC模块正在转换标准通道，那么此时ADC会中断转换并开始转换注入通道，等注入通道转换完成后再恢复标准通道的转换。流程示意图如下：

  注入触发方式也是有软件触发和硬件触发两种，软件触发就是对MCR[JTRGEN]写1，而硬件触发就是通过TRGMUX模块来配置其他外设信号触发ADC注入通道转换。

  不同类型通道的转换顺利同上，当使能的注入通道全部转换完成后，JECH中断置位。

3.5.3 BCTU触发

  BCTU触发就是用外部模块BCTU发起信号去触发ADC模块。下图是两个模块之间的连接：

  其中BCTU发送给ADC触发信号Tregger和通道号Channel，而ADC模块则返回三个信号，分别是Nextcmd，Endcov和data, 其中Nextcmd表示ADC模块已经准备好接受下一次的触发信号了，Endcov表示当前转换完成，数据可用，至于data就是转换的结果数据。

  其中BCTU有两种模式去控制ADC，分别是BCTU Trigger mode和BCTU Control mode。

  1. BCTU Trigger mode
    这个模式其实就是增强型注入触发，处于该种模式下，当ADC模块接收到来自BCTU的触发信号时，ADC模块就会终止当前转换，立即响应BCTU的触发，原理和注入触发是一致的。也就是说三者的优先级关系为BCTU触发>注入触发>标准触发。所以当ADC处于响应BCTU的状态时，注入触发信号是无效的。
  2. BCTU Control mode
    这种模式就比较简单了，就是BCTU一家独大，完全接手ADC的控制权，此时只有BCTU可以启动转换，另外两种触发信号无效。

  另外值得注意的点就是BCTU触发信号一定在ADC校准成功后才能发出，不然会导致ADC校准失败，BCTU触发转换完成后，EOBCTU中断置位。

3.6 校准和自检

3.6.1 校准

  在介绍BCTU触发时，讲到了校准，校准就是ADC模块会在受控条件下对已知参考电压进行采样和转换，以确定偏移、增益和电容失配的校正值（校准值）。校准期间必须禁止一切触发信号。

3.6.2 自检

  对应安全应用，定期验证操作是否正确非常重要。因为S32K3是可以达到ASIL-D的MCU，为此，ADC具有自检功能。启用自检后，ADC会自动检查其组件，并在发现错误时标记错误。这里的自检功能非常复杂，在这里就不多介绍了，感兴趣的可以自行参考RM手册的Analog-to-Digital Converter (ADC)–>Functional description->Calibration and self-test章节。

3.7 模拟门狗

  模拟看门狗就是可以设置两个值THRH和THRL，当满足以下条件的一种时会产生中断信号，非常简单。

3.8 DMA和中断

  任何通道转换完成后都可以产生一个DMA请求信号，一旦启用，片上DMA控制器可以在每个通道转换后获取DMA请求并搬运结果。 可以在DMA Request Enable For Precision Inputs (DMAR0),DMA Request Enable For Standard Inputs (DMAR1), DMA Request Enable For Precision Inputs (DMAR0)寄存器中设置相应的屏蔽字段来激活和屏蔽相应通道的DMA。DMA屏蔽寄存器必须在开始任何转换之前进行编程。

  整个ADC模块有以下几种中断信号：

3.9 转换时间的计算

  转换时间当然是由ADC时钟来确定的了，至于ADC的时钟源配置在前面已经介绍过了，接下来就直接说计算方式了。

  1. 预采样时间（PST，等于ST并延时1个AD_clk周期，一般预采样不使能，所以一般等于0）
  2. 采样时间（ST，可配置，最小值为8个AD_clk周期）
  3. 比较时间（CT，固定，每bit 4个AD_clk周期）
  4. 数据处理时间（DP，固定，2个AD_clk周期）
  5. 触发处理时间（TPT，固定，1个AD_clk周期）

  所以，总转换时间=（[(PST+ST+CT+DP)*通道数]+TPT)*AD_clk周期。

  举个例子：

  1. 转换时钟频率（AD_clk）为80 MHz（T=12.5 ns）
  2. ADC分辨率12位+1位用于特殊电容器（CS）
  3. 3个通道在NCMRx寄存器中编程（通道数=3）
  4. 未使能预采样（PST，0个周期）
  5. 采样时间保持默认（ST，22个周期）
  6. 转换时间（CT，每位4个周期）
  7. 数据处理时间固定（DP，2个周期）
  8. 触发处理时间是固定的（TPT，1个周期）

  所以，总转换时间=[（ 0 + 22 +（4*13）+2）*3 ] + 1 = 229个周期~=2.862μs。

4 使用注意事项

4.1 CDR寄存器

  CDR寄存器是用来存储ADC转换结果的寄存器，每一个通道都对应一个CDR，其中低16位用来存储转换结果，但是只有其中15位有效，可以配置为是左对齐(即**CDR[15:1]有效)还是右对齐(即CDR[14:0]**有效)。

  另外不管你配置的ADC分别是多少位，最后CDR中存储的转换结果数据都是15bit，这个时候就需要通过软件移位来得到有效数据了，当然了这些SDK驱动都会帮做了。

  说到这里我们不得不提一下ADC的分辨率问题，虽然在ADC介绍中，提到ADC模块支持8/10/12/14bit分辨率，举个例子，如果说配置ADC模块为14bit分辨率，其实并不是说最后转换结果的精度为14bit，这里的意思指的是ADC模块在转换的时候会将最后结果比较到第14bit，至于结果是达不到14bit精度的，ADC的precision channel最高支持的精度为12bit，Standard channel最高支持的精度为10bit。

5 MCAL配置

待续。。。。。。

待续。。。。。

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