联盛德W801系列3-如何提高采集多路ADC效率
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本文是基于联盛德W801的 《wm_sdk_w80x_20211115.zip》的SDK编写。
1. W801的ADC资料
摘自《WM_W800_寄存器手册V2.1.pdf》
ADC模块的供电电压是2.5V，所以输入不能超过2.5V。
基于 Sigma-Delta ADC 的采集模块，集成 4 路 16 比特 ADC，完成最多 4 路模拟信号的采集，或两路差分信号采集，采样率通过外部输入时钟控制，最高采样率 1KHz，可采集输入电压，也可采集芯片温度，支持输入校准和温度补偿校准。
W801共有4路供外部使用的ADC，内部的采集通道有1.基准offset；2.内部温度；3.内部电压。我在《WM_W800_寄存器手册V2.1》文档中的目录没有看到关于ADC的内容，正文是有的。通过阅读源码，我对3个内部采集通道说说自己的理解：
1.每次读取一个外部通道前Vn，需要读一次基准offset电压V0，用两种的差值（Vn-V0）来计算外部通道的电压；
2.内部温度，顾名思义，这个通道可以获取芯片内部的温度；
3.内部电压：没有用到，不清楚，资料没有说清楚，根据相关资料推断，应该是电源电压。
下面是缺少第26章目录的图片：
2.ADC采样频率
官方说明了采样频率为1k，我觉得应该可以高一点吧。于是我测试了一下，直接调用<wm_adc.c>的函数：
2.1函数adc_get_inputVolt
int adc_get_inputVolt(u8 channel)
{
int average = 0;
double voltage = 0.0;
adc_get_offset();
tls_adc_init(0, 0);
tls_adc_reference_sel(ADC_REFERENCE_INTERNAL);
tls_adc_set_pga(1,1);
tls_adc_set_clk(ADC_CLK_DIV_DATA); // ---（1）改变参数
tls_adc_start_with_cpu(channel);
waitForAdcDone();
average = tls_read_adc_result();
signedToUnsignedData(&average);
tls_adc_stop(0);
if ((channel == 8) || (channel == 9))
{
voltage = ((double)average - (double)adc_offset)/4.0;
voltage = voltage*(126363/1000)/1000000;
}
else
{
voltage = ((double)average - (double)adc_offset)/4.0;
voltage = 1.196 + voltage*(126363/1000.0)/1000000;
}
average = (int)(voltage*1000);
return average;
}
测试代码如下：
startTime = xTaskGetTickCount();
for(iii=0;iii<100;iii++){ sum += adc_get_inputVolt(0); }
printf("100 loop time =%d,vol=%d\n",xTaskGetTickCount()-startTime,sum/iii);
测试出来的结果是100次转换时间约140ms。采样频率不到1k。我在想能不能改变哪个参数可以提高速度。我就修改了int adc_get_inputVolt(u8 channel)的第11行的ADC_CLK_DIV_DATA，下面是我尝试的几个值：
//#define ADC_CLK_DIV_DATA 0x28 // 默认
//#define ADC_CLK_DIV_DATA (0x28>>1) // 0x28 / 2
//#define ADC_CLK_DIV_DATA (0x28>>2) // 0x28 / 4 =10 -- ADC结果错误
#define ADC_CLK_DIV_DATA (0x10) // 这个是最快的，且能保障ADC结果正确的数值
把ADC_CLK_DIV_DATA 改为 0x10 后，100次转换时间约105ms，比较接近1k Hz。
2.2 函数adc_get_offset
函数adc_get_inputVolt每次都要调用adc_get_offset，看看这个函数的源码：
u32 adc_get_offset(void)
{
adc_offset = 0;
tls_adc_init(0, 0);
tls_adc_reference_sel(ADC_REFERENCE_INTERNAL);
tls_adc_start_with_cpu(CONFIG_ADC_CHL_OFFSET);
tls_adc_set_pga(1,1);
tls_adc_set_clk(ADC_CLK_DIV_DATA);
waitForAdcDone();
adc_offset = tls_read_adc_result(); //获取adc转换结果
signedToUnsignedData(&adc_offset);
tls_adc_stop(0);
return adc_offset;
}
这两个函数最耗时的就是等待ADC转换完毕的函数waitForAdcDone()，见第10行。
2.3函数waitForAdcDone
函数源码：
void waitForAdcDone(void)
{
u32 counter = 0;
u32 timeout = 10000;
u32 reg = 0;
/*wait for transfer success*/
tls_irq_disable(ADC_IRQn);
while(timeout--)
{
reg = tls_reg_read32(HR_SD_ADC_INT_STATUS);
if (reg & ADC_INT_MASK)
{
counter++;
tls_reg_write32(HR_SD_ADC_INT_STATUS, reg|ADC_INT_MASK);
if (counter == 4)
{
break;
}
}
else if(reg & CMP_INT_MASK)
{
counter++;
tls_reg_write32(HR_SD_ADC_INT_STATUS, reg|CMP_INT_MASK);
if (counter == 4)
{
break;
}
}
}
tls_irq_enable(ADC_IRQn);
}
程序老是在这里等待，效率很低哦。在RTOS中，不应该有长时间的等待。
3.在freeRTOS中，提高w801多路ADC采集效率的探索
为了提高多通道ADC效率效率，我想到了2点：
1.获取基准offset通道的AD值，不用每次都获取；
2.我需要3路外部通道，加上基准通道，共4路，先启动第1路，延时20ms（释放当前任务），–>读取第1路AD值，同时启动第2路，延时20ms–>读取第2路AD值，同时启动第3路，延时20ms -->…–>读取第4路AD值，同时启动第1路，延时20ms …循环读取。
下面的是参考代码（函数my_adc_get_inputVolt 每20ms调用一次）：
#define ADC_N_BUF_LEN 8
#define ADC_CHANNEL_MAX 4
enum{
CHL_offset =0, // 0 - 基准 通道
CHL_heatBedTemp, // 1 - 加热板NTC
CHL_pcbTemp, // 2 - PCB NTC
CHL_heatCurrent, // 3 - 加热板电流
};
// ADC的N个通道，每个通道存储8组数据，每组数据保存最近的8个 采样值
unsigned short ADC_buf[ADC_CHANNEL_MAX][ADC_N_BUF_LEN];
unsigned int ADC_QueueIndex;
unsigned int ADC_ChanelIndex;
unsigned int ADC_CHL_IndexBuf[ADC_CHANNEL_MAX]=
{
CONFIG_ADC_CHL_OFFSET, // -- 参考电压
0, // PA01 -- ADC0 -- 加热板温度
3, // PA02 -- ADC3 -- PCB温度
2 // PA03 -- ADC2 -- 加热板电流检测
};
void my_adc_init(void)
{
ADC_QueueIndex = 0;
ADC_ChanelIndex = 0;
// 启动 ADC_ChanelIndex 对应的channel
tls_adc_init(0, 0);
tls_adc_reference_sel(ADC_REFERENCE_INTERNAL);
tls_adc_set_pga(1,1);
tls_adc_set_clk(ADC_CLK_DIV_DATA);
tls_adc_start_with_cpu(ADC_CHL_IndexBuf[ADC_ChanelIndex]);
}
int my_adc_get_inputVolt(void)
{
int average = 0;
double voltage = 0.0;
// 1.读取上一次启动的通道
average = tls_read_adc_result();
signedToUnsignedData(&average);
tls_adc_stop(0);
if(ADC_ChanelIndex == 0){
adc_offset =average;
}else{
double adc_delta = 0.0;
adc_delta = ((double)average - (double)adc_offset);
voltage = 1196*2 + adc_delta*0.03159075*2;
//printf("os:%d,a:%d \r\n",adc_offset,average);
//printf("delta:%f,v:%f \r\n",adc_delta,voltage);
average = (int)(voltage);
ADC_buf[ADC_ChanelIndex][ADC_QueueIndex] = average;
}
// 2.启动下一个通道
ADC_ChanelIndex ++;
if(ADC_ChanelIndex >= ADC_CHANNEL_MAX){
ADC_ChanelIndex = 0;
ADC_QueueIndex ++;
ADC_QueueIndex &= 0x07; // ADC_QueueIndex == 【0-7】
}
// 启动 ADC_ChanelIndex 对应的channel
tls_adc_init(0, 0);
tls_adc_reference_sel(ADC_REFERENCE_INTERNAL);
tls_adc_set_pga(1,1);
tls_adc_set_clk(ADC_CLK_DIV_DATA);
tls_adc_start_with_cpu(ADC_CHL_IndexBuf[ADC_ChanelIndex]);
return average;
上面代码的第42,42行：
adc_delta = ((double)average - (double)adc_offset);
voltage = 1196*2 + adc_delta*0.03159075*2;
原来是下面的代码，我修改了一下，把电压值由2.5V换算到5V。因为NTC电压表（由阻值表转换过来，为双字节整型），范围是0-2500毫伏，分辨率不够高，所以换算到0-5000毫伏。
voltage = ((double)average - (double)adc_offset)/4.0;
voltage = 1.196 + voltage*(126363/1000.0)/1000000;
