Урок 5: ADC и DAC в CH32

АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) позволяют микроконтроллеру работать с аналоговыми сигналами: считывать напряжение с датчиков и генерировать аналоговые выходные сигналы.

ADC в CH32V307

CH32V307 имеет два 12-битных АЦП с множеством каналов.

Разрешение — 12 бит (0-4095)
Каналы — до 16 внешних + внутренние
Скорость — до 1 MSPS (миллион выборок в секунду)
Опорное напряжение — обычно 3.3В
Режимы — одиночное преобразование, непрерывное, сканирование

Базовая настройка ADC

Пример простого однократного преобразования.

        #include "ch32v30x.h"

void ADC1_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

    // Включение тактирования
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |
                           RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);  // ADC clock = 72/6 = 12 МГц

    // Настройка PA0 как аналоговый вход (ADC1_CH0)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // Настройка ADC
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    // Настройка канала 0, время выборки
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1,
                             ADC_SampleTime_239Cycles5);

    // Включение ADC
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

    // Калибровка
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}

uint16_t ADC1_Read(void) {
    // Запуск преобразования
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

    // Ожидание завершения
    while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));

    // Чтение результата
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}
    

GPIO_Mode_AIN — режим аналогового входа
ADC_SampleTime_239Cycles5 — время выборки (влияет на точность)
Калибровка обязательна после включения ADC
Результат: 0-4095 соответствует 0-3.3В

Преобразование в напряжение

Как преобразовать значение АЦП в реальное напряжение.

        float ADC_To_Voltage(uint16_t adc_value) {
    // Vref = 3.3В, разрешение = 12 бит (4096)
    return (float)adc_value * 3.3f / 4096.0f;
}

int main(void) {
    uint16_t adc_raw;
    float voltage;

    SystemInit();
    ADC1_Init();

    while(1) {
        adc_raw = ADC1_Read();
        voltage = ADC_To_Voltage(adc_raw);

        printf("ADC: %d, Voltage: %.2f V\r\n", adc_raw, voltage);
        Delay_Ms(500);
    }
}
    

Формула: V = (ADC_value / 4096) × Vref
При Vref = 3.3В: каждая единица АЦП ≈ 0.8 мВ

Многоканальное сканирование

Опрос нескольких аналоговых каналов.

        #include "ch32v30x.h"

#define ADC_CHANNELS 3
uint16_t adc_values[ADC_CHANNELS];

void ADC_MultiChannel_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |
                           RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

    // PA0, PA1, PA2 - ADC каналы 0, 1, 2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;  // Включаем сканирование
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = ADC_CHANNELS;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    // Настройка последовательности каналов
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1,
                             ADC_SampleTime_239Cycles5);
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2,
                             ADC_SampleTime_239Cycles5);
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3,
                             ADC_SampleTime_239Cycles5);

    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

    // Калибровка
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}

void ADC_ReadMultiChannel(void) {
    for(uint8_t i = 0; i < ADC_CHANNELS; i++) {
        ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
        while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
        adc_values[i] = ADC_GetConversionValue(ADC1);
    }
}
    

ADC_ScanConvMode = ENABLE — режим сканирования каналов
ADC_RegularChannelConfig() — определяет порядок каналов
Можно использовать DMA для автоматического сохранения результатов

DAC в CH32V307

CH32V307 имеет 2-канальный 12-битный ЦАП.

Разрешение — 12 бит (0-4095)
Выходное напряжение — 0 до Vref (обычно 3.3В)
Каналы — DAC_Channel_1 (PA4), DAC_Channel_2 (PA5)

Настройка и использование DAC

Генерация аналогового напряжения.

        #include "ch32v30x.h"

void DAC_Init_Config(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);

    // PA4 - DAC_OUT1
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // Настройка DAC
    DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None;
    DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;
    DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Disable;
    DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);

    DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
}

void DAC_SetVoltage(float voltage) {
    uint16_t dac_value;

    // Ограничение напряжения 0-3.3В
    if(voltage < 0.0f) voltage = 0.0f;
    if(voltage > 3.3f) voltage = 3.3f;

    // Преобразование в значение DAC
    dac_value = (uint16_t)(voltage * 4095.0f / 3.3f);

    DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, dac_value);
}

int main(void) {
    float voltage = 0.0f;

    SystemInit();
    DAC_Init_Config();

    while(1) {
        DAC_SetVoltage(voltage);
        voltage += 0.1f;
        if(voltage > 3.3f) voltage = 0.0f;
        Delay_Ms(100);
    }
}
    

DAC_SetChannel1Data() — установка выходного значения
Формула: DAC_value = (V / Vref) × 4095
Выходное напряжение меняется от 0 до 3.3В

Практический пример: Термометр

Чтение температуры с датчика и отображение.

        #include "ch32v30x.h"

// Датчик LM35: 10 мВ/°C
float Read_Temperature(void) {
    uint16_t adc_value;
    float voltage, temperature;

    adc_value = ADC1_Read();
    voltage = ADC_To_Voltage(adc_value);

    // LM35: 10 мВ на градус Цельсия
    temperature = voltage / 0.01f;

    return temperature;
}

int main(void) {
    float temp;

    SystemInit();
    ADC1_Init();
    USART_Init();  // Для вывода данных

    while(1) {
        temp = Read_Temperature();
        printf("Температура: %.1f°C\r\n", temp);
        Delay_Ms(1000);
    }
}
    

LM35 выдает 10 мВ на каждый градус Цельсия
При 25°C напряжение = 250 мВ = 0.25В
Простое и точное измерение температуры