如何利用万用表测试ADC的精度
开始
申请开发板的时候我的开发目标是基于GD32F310设计一个全双工串口转单线半双工串口的串行舵机控制器，但是这个项目和我本职工作的一个项目比较类似，不方便开源通信部分的代码，所以临时改变文章的主题为测试ADC的精度，项目的所有代码已在github开源，希望文章的内容对朋友们的工作和学习有所帮助；
移植固件库
到GD32的官网下载文档三份：GD32F310数据手册/GD32F3x0用户手册/GD32F3x0固件库使用手册，最新版本固件库压缩包一份；固件库经过我的整理，提取了项目开发的基础文件并归类到三个文件夹中，作为基础空白的工程项目：
bsp：板级支持相关的代码文件，包含了各个外设模块的初始化函数/基本的驱动函数，需要自己实现；
user：实现用户的业务逻辑代码，同时也作为系统内核/固件库和用户代码的接口，基础的接口模板由固件库压缩包提供，删减后可以在其基础上进行开发，main函数就在该文件夹的文件中；
device：和芯片内核/外设相关的文件，由固件库压缩包提供，内核相关的文件需要删减，仅保留适合本项目开发环境的文件；
实现系统串口
系统串口使用的是USART1在PA2/PA3，由于GD32F310G-START并未提供串口转USB电路，所以需要使用杜邦线外接一个串口转USB的模块与电脑串口软件进行通信；
进入bsp文件夹，新建文件bsp_uart.c/.h，代码内容如下：
bsp_uart.h
#ifndef _BSP_UART_H_
#define _BSP_UART_H_
#include "main.h"
#define SYSTEM_UART_PORT USART1
#define SYSTEM_UART_PERCLK RCU_USART1
#define SYSTEM_UART_GPIO_PORT GPIOA
#define SYSTEM_UART_GPIO_PERCLK RCU_GPIOA
#define SYSTEM_UART_GPIO_TX_PIN GPIO_PIN_2
#define SYSTEM_UART_GPIO_RX_PIN GPIO_PIN_3
void System_Uart_Init(void);
#endif
bsp_uart.c
#include "bsp_uart.h"
//系统串口打印初始化
void System_Uart_Init(void)
{
//初始化串口IO
rcu_periph_clock_enable(SYSTEM_UART_GPIO_PERCLK);
gpio_af_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_AF_1, SYSTEM_UART_GPIO_TX_PIN);
gpio_af_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_AF_1, SYSTEM_UART_GPIO_RX_PIN);
gpio_mode_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, SYSTEM_UART_GPIO_TX_PIN);
gpio_output_options_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, SYSTEM_UART_GPIO_TX_PIN);
gpio_mode_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, SYSTEM_UART_GPIO_RX_PIN);
gpio_output_options_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, SYSTEM_UART_GPIO_RX_PIN);
//初始化串口外设
rcu_periph_clock_enable(SYSTEM_UART_PERCLK);
usart_deinit(SYSTEM_UART_PORT);
usart_word_length_set(SYSTEM_UART_PORT, USART_WL_8BIT);
usart_stop_bit_set(SYSTEM_UART_PORT, USART_STB_1BIT);
usart_parity_config(SYSTEM_UART_PORT, USART_PM_NONE);
usart_baudrate_set(SYSTEM_UART_PORT, 115200U);
usart_receive_config(SYSTEM_UART_PORT, USART_RECEIVE_ENABLE);
usart_transmit_config(SYSTEM_UART_PORT, USART_TRANSMIT_ENABLE);
usart_enable(SYSTEM_UART_PORT);
}
实现 ADC
ADC的模拟输入端口需要注意，PA0作为UserKey已经通过10k电阻下拉到地，PA2/PA3已作为串口TX/RX使用，它们都不太适合作为本应浮空的ADC通道，故选择PA1作为ADC的输入通道；在bsp文件夹内新建文件bsp_adc.c/.h文件，代码如下：
bsp_adc.h
#ifndef _BSP_ADC_H_
#define _BSP_ADC_H_
#include "main.h"
#define TEST_ADC_GPIO_PERCLK RCU_GPIOA
#define TEST_ADC_GPIO_PORT GPIOA
#define TEST_ADC_GPIO_PIN GPIO_PIN_1
#define TEST_ADC_CHANNEL ADC_CHANNEL_1
#define TEST_ADC_PERCLK RCU_ADC
#define TEST_ADC_SAMPLES_REPEATED_NUMBER 100
void Test_Adc_Init(void);
uint16_t Test_Adc_Init_Sample(void);
void Test_Adc_Value_Update_Thread(void);
void Test_Adc_Value_Update_Thread_Init(void);
uint16_t Test_Adc_Get_Raw(void);
float Test_Adc_Get_Voltage(void);
#endif
bsp_adc.c
#include "bsp_adc.h"
uint16_t adc_test_raw_data = 0 ; //adc测试输出原始结果（平均值）
float adc_test_voltage = 0.0 ; //adc测试输出电压值（平均值）
void Test_Adc_Init(void)
{
//设置模拟输入IO
rcu_periph_clock_enable(TEST_ADC_GPIO_PERCLK);
gpio_mode_set(TEST_ADC_GPIO_PORT, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, TEST_ADC_GPIO_PIN); //设置测试通道的GPIO为模拟模式
//设置ADC外设
rcu_periph_clock_enable(TEST_ADC_PERCLK);
rcu_adc_clock_config(RCU_ADCCK_APB2_DIV6); //ADC时钟源设置
adc_data_alignment_config(ADC_DATAALIGN_RIGHT); //数据对齐模式：右对齐
adc_channel_length_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, 1U); //规则转换通道长度：1
adc_external_trigger_source_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC_EXTTRIG_REGULAR_NONE); //触发源设置：软件触发
adc_external_trigger_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, ENABLE); //触发设置：开启规则转换触发
adc_enable(); //ADC启动
rt_thread_mdelay(1); //延时稳定
adc_calibration_enable(); //ADC使用内部校准
}
INIT_BOARD_EXPORT(Test_Adc_Init);
//开始一次AD转换
uint16_t Test_Adc_Sample(void)
{
adc_regular_channel_config(0U, TEST_ADC_CHANNEL, ADC_SAMPLETIME_239POINT5); //设置测试通道至规则转换队列头，设置采样时间
adc_software_trigger_enable(ADC_REGULAR_CHANNEL); //软件触发使能，ADC开始转换
while(!adc_flag_get(ADC_FLAG_EOC)); //等待转换结束
adc_flag_clear(ADC_FLAG_EOC);
return (adc_regular_data_read()); //返回转换结果
}
//获取原始结果
uint16_t Test_Adc_Get_Raw(void)
{
return adc_test_raw_data ;
}
//获取转换电压值
float Test_Adc_Get_Voltage(void)
{
return adc_test_voltage ;
}
移植操作系统
GD32F310只有8k的RAM个人认为是不适合移植操作系统的，内存比较小，没办法写很复杂的线程代码，其实这个简单的测试项目也用不上多线程调度，我就是纯属吃饱了撑着了，把F303移植好的RT-Thread直接拖过来用，关于RT-Thread移植的教程在网络上有非常多，所以我就写一些大致流程细节我就不方便展开讲了；RT-Thread是一款非常优秀好用的国产RTOS，国产硬件配国产软件实在般配；
新建rtos文件夹，整理rt-thread nano源码包提供的文件，复制到rtos文件夹中；
main.h内添加 #include "rtthread.h"
找到gd32f3x0_it.c，注释掉以下几个函数，使其失效
// void HardFault_Handler(void)
// {
// /* if Hard Fault exception occurs, go to infinite loop */
// while(1) {
// }
// }
// void SVC_Handler(void)
// {
// }
// void PendSV_Handler(void)
// {
// }
// void SysTick_Handler(void)
// {
// delay_decrement();
// }
找到rtconfig.h，删掉MDK管理相关的宏，并添加如下代码
#include "main.h" //使得RT-Thread能够找到其他被项目include的文件
#include "finsh_config.h" //使用控制台msh功能需要引用此文件
#define RT_USING_FINSH //使用控制台
#define RT_USING_HEAP //取消这个宏的注释使其有效
找到finsh_port.c，修改和添加我们的串口接口代码，供控制台使用
RT_WEAK char rt_hw_console_getchar(void)
{
/* Note: the initial value of ch must < 0 */
int ch = -1;
if(usart_flag_get(SYSTEM_UART_PORT, USART_FLAG_RBNE))
ch = usart_data_receive(SYSTEM_UART_PORT);
return ch;
}
void rt_hw_console_output(const char *str)
{
rt_size_t i = 0, size = 0;
char a = 'r';
size = rt_strlen(str);
for (i = 0; i < size; i++)
{
if (*(str + i) == 'n')
{
usart_data_transmit(SYSTEM_UART_PORT, a);
while(RESET == usart_flag_get(SYSTEM_UART_PORT, USART_FLAG_TBE));
}
usart_data_transmit(SYSTEM_UART_PORT, *(str + i));
while(RESET == usart_flag_get(SYSTEM_UART_PORT, USART_FLAG_TBE));
}
}
如果我没有遗漏什么细节的话，此时编译代码并下载运行程序，能够在串口软件里收到RT-Thread的系统信息打印的内容：
| /
- RT - Thread Operating System
/ | 3.1.5 build Apr 10 2022
2006 - 2020 Copyright by rt-thread team
msh >
拥有了操作系统，我们就可以利用RT-Thread的自动初始化功能，运行我们的串口/ADC外设初始化代码：
INIT_BOARD_EXPORT(Test_Adc_Init); //ADC初始化函数加入RTT板级自动初始化队列
INIT_BOARD_EXPORT(System_Uart_Init); //系统串口初始化函数加入RTT板级自动初始化队列
添加ADC测试代码
在bsp_adc.c文件中，实现一个RTOS线程代码，其功能是循环采集ADC的电压数据并且保存到一个变量中；
//ADC自动转换线程入口
void Test_Adc_Value_Update_Thread(void)
{
//转换次数记录，转换结果累加
uint32_t count = 0, data_count = 0;
while (1)
{
if(count < TEST_ADC_SAMPLES_REPEATED_NUMBER)//转换次数未满
{
data_count += Test_Adc_Sample();//进行一次转换并累加结果原始数据
count ++;//转换次数 +1