RT-Thread-【NK-980IoT评测】RT-Thread ADC应用实践RT-Thread问答社区

【NK-980IoT评测】RT-Thread ADC应用实践

发布于 2022-04-03 09:41:13 浏览：1294 订阅该版

[tocm]

# 0. 前言
## 0.1 开发板简介
> NK-980IoT是一块基于NUC980DK61Y微处理器（内核为ARM® ARM926EJ-S）的开发板，
> 它具有非常丰富的外设，可以帮助用户轻松设计他们的产品或应用系统。

开发板的正面美图如下所示。
![图片1.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220403/f08dadffa36f87254dbf06c4af513e88.png.webp)

关于开发板的板载资源，Nuvoton官方提供了一份开发板配套的“User Manual”，详细地介绍了板载硬件及其连接的GPIO引脚。见下方共享的腾讯文档链接：
【腾讯文档】User_Manual_NK-980IoT_EN_Rev1.00
https://docs.qq.com/pdf/DWmhEZW1rbXVoVnBm

## 0.2 实验环境介绍
本篇博文主要基于RT-Thread测试 NK-980 IoT开发板的 ADC 外设性能，现将相关实验环境介绍如下：
### 0.2.1 硬件环境
- 开发板：Nuvoton NK-980 IoT
- USB线：Micro-USB 连接线 2 根
- ADC外设资源：ADC_AIN[2] - Channel 2
- 传感器：MQ-2 烟雾传感器
![ee617b08941579499c7e613c88dcd685.jpg.webp](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220403/ee617b08941579499c7e613c88dcd685.jpg.webp)

### 0.2.2 软件环境
- IDE：RT-Thread Studio
- BSP：Nuvoton NK-980IoT for RT-Thread
- Programmer：Nuvoton NuWriter V1.16 BootLoader：uboot for NUC980DK61Y（位于
- BootLoader：uboot for NUC980DK61Y（位于rt-thread\bsp\nuvoton\nk-980iot\uboot）
- UART Console：MobaXterm

# 1. ADC简介
## 1.1 定义
ADC(Analog-to-Digital Converter) 指模数转换器。是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。
模数转换器可以实现这个功能，在各种不同的产品中都可以找到它的身影。与之相对应的 DAC(Digital-to-Analog Converter)，它是 ADC 模数转换的逆向过程。ADC 最早用于对无线信号向数字信号转换。如电视信号，长短播电台发接收等。

## 1.2 转换过程
模数转换一般要经过以下几个步骤：
- 采样：将时间上连续变化的模拟信号转换为时间上离散的模拟信号。
- 保持与量化：按照某种近似方式将模拟量归化到与之相应的离散电平上。
- 编码：量化后的数值最后需要编码，即A/D转换器输出数字量。

## 1.3 重要术语
- 分辨率：用于表示模数转换器对输入信号的分辨能力，一般以二进制（或10进制）数的位数来表示，如：8位、10位、12位、16位等；
- 精度：表示ADC器件在所有的数值点上对应的【模拟值】与【真实值】之间的【最大误差值】，即：输出数值偏离线性最大的距离。
- 转换速率：表示A/D转换器完成一次从模拟到数字的AD转换所需的时间的倒数。如：某转换器的转换速率为1MHz，表示完成一次AD转换的时间为1微秒。

# 2.RT-Thread ADC设备管理接口
RT-Thread 提供了下列ADC设备管理接口。

| **接口函数**     | **描述**                              |
| ---------------- | ------------------------------------- |
| rt_device_find() | 根据 ADC 设备名称查找设备获取设备句柄 |
| rt_adc_enable()  | 使能 ADC 设备                         |
| rt_adc_read()    | 读取 ADC 设备数据                     |
| rt_adc_disable() | 关闭 ADC 设备                         |

上述函数的具体内容请参考官方文档，在此不赘述：
[访问ADC设备 (rt-thread.org)](https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/device/adc/adc?id=%e8%ae%bf%e9%97%ae-adc-%e8%ae%be%e5%a4%87)

# 3. 测试NK-980IoT的ADC性能
## 3.1 NUC980微控制器的ADC特性
根据NUC980系列MCU的技术参考手册，它包含一个12位逐次逼近寄存器模数转换器（SAR A/D转换器），有9个输入通道，具有以下特性：
- 分辨率：12位分辨率
- DNL：+/-1.5 lsb, inl: +/-3 lsb
- 数据率高达200kSPS
- 模拟输入范围：VREF 至 AGND，可以是轨至轨
- 模拟电源：2.7-3.6V
- 数字电源：1.2V
- 9个单端模拟输入
- 自动断电
- 低功耗特性：2170uW（200k SPS时），< 1uA
NK-980 IoT开发板上将 ADC 输入通道引出，本篇评测将使用ADC-AIN[0]，即：ADC 输入通道0，其位于开发板上 NU3 接口上，GPIO 引脚为 PB0。引脚分配图如下所示。

![a977af094ee2f385b107efb4b416e5ee.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220403/a977af094ee2f385b107efb4b416e5ee.png)

## 3.2 硬件环境搭建
使用杜邦线将开发板与传感器板相连，效果如下图所示。
![2-硬件环境搭建.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220403/0ee85a40e2beeb8e8cb21e4a0df71e5d.png.webp)

注：三根杜邦线分别为 3.3V、GND和PB0。

## 3.3 确保ADC使能
在编写ADC应用层代码时，应先确保 RT-Thread 的 ADC 模块被使能，查看方法如下图所示。
![f8602320e4b692975d208983f3c6c9d7.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220403/f8602320e4b692975d208983f3c6c9d7.png)

双击“RT-Thread Settings”，在“硬件”标签页，查看【使能ADC】选项是否被选中。

## 3.4 查看ADC设备名
Nuvoton官方提供的BSP已移植好基于 RT-Thread 设备框架的 ADC 驱动程序，由于使用ADC的第一步需要先找到并打开 ADC 设备，因此需要先确定 ADC 驱动程序中使用的设备名。
相关源码位于“libraries\nuc980\rtt_port\drv_adc.c”文件中，如下图所示，可以看到驱动程序使用的 ADC 设备名为“adc”。

![ADC设备名.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220403/0b90b4c2fb2f0a38b5b6563cf14bdff4.png)

## 3.5 编写ADC转换APP程序
在工程“applications”文件夹下创建"app_adc_mq2.c"文件，键入下列程序：

```C
#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>

#define ADC_DEV_NAME "adc"     /* ADC Device Name */
#define ADC_DEV_CHANNEL 0      /* ADC Channel-0 */
#define REFER_VOLTAGE 330      /* Reference Voltage: 3.3V */
#define CONVERT_BITS (1 << 12) /* Precision 12bit */

//static int myADC_sample(int argc, char *argv[])
static int myADC_sample(void)
{
    rt_adc_device_t adc_dev;
    rt_uint32_t value, vol;
    rt_err_t ret = RT_EOK;

/* find ADC Device */
    adc_dev = (rt_adc_device_t)rt_device_find(ADC_DEV_NAME);
    if (adc_dev == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("adc sample run failed! can't find %s device!\n", ADC_DEV_NAME);
        return -RT_ERROR;
    }

while (1)
    {
        /* enable ADC Device */
        ret = rt_adc_enable(adc_dev, ADC_DEV_CHANNEL);
        if (ret != RT_EOK)
        {
            rt_kprintf("enable adc channel %d failed.\n", ADC_DEV_CHANNEL);
            return -RT_ERROR;
        }

/* read ADC sample value */
        value = rt_adc_read(adc_dev, ADC_DEV_CHANNEL);
        rt_kprintf("ADC Value is :%d.\n", value);

/* Convert the value to voltage */
        vol = value * REFER_VOLTAGE / CONVERT_BITS;
        rt_kprintf("The Voltage is :%d.%02d V.\n", vol / 100, vol % 100);

/* disable the ADC channel */
        ret = rt_adc_disable(adc_dev, ADC_DEV_CHANNEL);
        rt_thread_mdelay(2000);
    }

return RT_EOK;
}
/* 导出到 msh 命令列表中 */
//MSH_CMD_EXPORT(myADC_sample, adc voltage convert sample);
INIT_APP_EXPORT(myADC_sample);
```

## 3.6 编译并烧写固件
按下“CTRL+B”按键完成程序编写，完成“rtthread.bin”固件的烧写。
## 3.7 程序执行结果
分别将 AI[0] 通道接入 MQ-2 烟雾传感器、GND 和 3.3 V，测试 ADC 转换的准确性。
ADC转换的结果如下图所示。

![ADC采样执行结果.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220403/82d23f7460364ad716038776560141bf.png.webp)

从上图可以看到：
- 采样烟雾传感器的值为1477（12 bit精度时，最大值为4096），对应电压值为1.18 V；
- 采样 GND 的值为 0；
- 采样 3.3V 的值为 4095，对应电压值为 3.29V。

#4. 评测结论与体会
本篇应用实践对NK-980IoT开发板的 ADC 特性进行的评测，得出以下结论：

- NUC980微控制器的 ADC 性能良好，测试结果准确性高；
- Nuvoton官方移植的 ADC 设备驱动程序未发现 bug；
- 需要注意的地方：
    - 一是ADC设备名要对应，否则会出现找不到 ADC设备的错误。
    - 二是要确保 RT-Thread 已使能 ADC 驱动模块。
- 最重要的一点：感觉学会了RT-Thread就学会了所有的单片机（前提是：单片机生产厂商针对RT-Thread移植好相关外设驱动程序。

===========================
[RT-Thread 工程代码仓库 Gitee](https://gitee.com/mxdx-aiot/nk980iot-rtt-std)