CubeIDE Note 06: Lesson 4. ADC Setting And Application for LL Library
教學
如何使用 CubeIDE 設定 ADC 基本應用
環境
本文使用
OS: Windows x64
STM32CubeIDE Version: 1.6.1
開發板: NUCLEO-F334R8（STM32F334R8）
Low-Layer (LL) Library
教學文章列表
參考資料
UM2570. Description of STM32G4 HAL and low-layer drivers
RM0364. STM32F334xx advanced Arm®-based 32-bit MCUs
Datasheet. STM32F334x4 STM32F334x6 STM32F334x8
ADC — 成大資工 wiki
【STM32】ADC的基本原理、暫存器（超基礎、詳細版）
STM32 ADC詳細篇（基於HAL庫）
Section 1. 基本題
設定HRTIM之Timer Master為ADC觸發源，頻率100kHz
將ADC1_IN1(PA0)腳位設定為一般通道，輸入0~3V電壓，
且利用Live Expression，即時監測A/D暫存器所讀取之數值，
並以PA4腳位測試ADC轉換時間。
提示
使用 Timer Master中斷與 ADC中斷測量 ADC轉換時間
Section 1.1 ADC介紹
STM32F334具有兩顆ADC，最大解析度皆為12bit（10, 8, 6可設定）
ADC1 有11個 External channels，3個Internal channels
ADC2 有14個 External channels，3個Internal channels
分為Fast channels (5.1 Ms/s)與Slow channels(4.8 Ms/s)
每個通道可設定Single-ended 或 differential inputs，
每個ADC可針對單通道轉換或整個通道序列轉換，
可設定連續轉換或單次觸發轉換，
每個ADC都有三個analog watch dog，
支援2V~3.6V電壓，詳情請參閱RM0364手冊
V_REFINT: 實際電壓不一定是 3.3V，透過測量來校準值 。
在 DISCO板子上面，V_REF+ = VDDA = VDD = 2.95V (3V)
在 NUCLEO-F334R8 上面量到 3.42V
ADC channel 6~9為 ADC1 與 ADC2 共用
ADC都在APB2上面，Clock來自APB2，頻率為
ADC Clock = APB2 Clock / Analog Prescalar
A. Regular channels 與 Injected channels
每個 channel 都能設為 Regular（一般）或 Injected（注入），
Regular 在啟動後會依序進行轉換，
而 Injected 表示會等待外部訊號觸發轉換，
觸發後以 Injected 的轉換為優先處理，可中斷Regular channel。
B. 暫存器介紹
Regular channel 中的轉換順序由三個暫存器控制：SQR1、SQR2、SQR3。 SQR暫存器控制著轉換通道的數目和轉換順序，只要在對應的暫存器位置SQRx中寫入相應的通道號碼，這個通道就是第x個轉換。Injected channel也是同理。
通常取樣時間越長，得到的值越精確
轉換時間 = 採樣時間 + 12.5 clock cycles
C. 轉換時序與中斷介紹
EOC 即 End of Conversion （為 Regular Group 結束轉換時產生之中斷）
當 ScanConvMode Disable 時（也就是 Regular Group 只有一個channel），每次轉換結束都會產生 EOC 中斷。
當 ScanConvMode Enable 時，只有當所設定之 Regular Group 之最後一個 channel 完成轉換時才會產生 EOC。
JEOC 為 Injected Group 結束轉換時產生之中斷。
AWD 為 analog watchdog 所產生之中斷。
D. 外部觸發事件
不同模式只能被特定事件觸發
E. 轉換模式介紹
可參考成大資工wiki用流程圖講得很清楚
筆者自己做出的結論：
Single conversion mode
單次轉換，觸發一次只轉換一個通道
Continuous conversion mode
連續轉換，轉換完成一個通道後立即自動執行下一個通道的轉換，直到序列全部完成轉換停止
Scan mode
掃描模式，觸發後，自動的連續讀取多個通道，且不斷重新開始新的序列
Discontinuous conversion mode
間斷模式，觸發後，可分組分批進行轉換
F. 兩ADC工作模式
Section 1.2 Live Expression介紹
Live Expression是一個可以即時監控運行變數的功能
開啟程式碼優化的話會無法使用此功能
開啟方式要在Debug Configuration裡面先確保有開啟相關設定
然後在 Debug 時在旁邊就可以看到相關的功能卡
輸入想看的變數，就可以即時監控變數值
若 Live Expression 功能卡不見的話
可以透過Window >> Show View >> Live Expression，把它叫出來
Live Expression（不知道甚麼鬼翻譯變：現場表達式）
Section 1.3 CubeMX設定
Step 1. 請先按照此篇教學（選對開發板）做好基礎設定
Step 2. 把需要的IO設定好
基本題用PA0做ADC輸入，PA4做GPIO輸出
我們從 Pinout view 把它設定好即可
PA0 選 ADC1_IN1
PA4 選 GPIO_OUTPUT
Step 3. ADC觸發源 Timer Master 之設定
基本題使用HRTIM的Timer Master模組作為ADC觸發源
我們切換到HRTIM1設定頁
勾選 Master Timer Enable
跟 Lesson 3 一樣，切回去Clock Configuration
可看到HRTIM1時脈設定已啟用
我們把它的選擇線調到 PLLCLK*2
讓 HRTIM1 時脈為 144 MHz
HRTIM 之 Master Timer 頻率設定 100kHz
可參照Lesson 3. 設定介紹
Period 設為 46080 ( = 4.608GHz / 100kHz)
Preload: Enable
Repetition Update: Enable
切換到ADC Triggers Configuration 分頁
根據Section 1.1.D 觸發事件表格
ADC Regular channel 只能使用 ADC Trigger 1, 3 觸發
所以我們這邊使用ADC Trigger 1 來觸發
觸發源選擇 Timer Master 週期更新事件
ADC Trigger Configuration: Enable
Update Trigger Source: Master Timer
Timer Sources Selection: 1 (ADC Trigger on master period)
Step 4. ADC 設定
基本題我們要使用ADC1_IN1
我們切換到ADC1，把Channel IN1 設定為Single-ended （單端輸入）
因為我們只轉換一個通道，基本上使用Single Conversion Mode即可
大部分設定都不用動，維持預設
只要稍微留意一些參數即可 EOC Selection, Sampling Time
我們這邊只修改 Regular Channel 轉換觸發源
External Trigger Conversion Source: HRTimer Trigger Out 1 event
我們可以看到從時脈圖看到ADC Clock為72MHz
Step 5. NVIC 中斷設定
基本題中使用中斷來測量ADC轉換時間
思路大概是這樣
只要測量 PA4 HIGH 的時間就可以知道實際ADC轉換時間了
也可以先用手冊給的估算公式估算一下轉換時間
轉換時間 = 採樣時間 + 12.5 clock cycles
根據我們剛剛的設定，Sampling Time 是 1.5 cycle
ADC clock = 72 MHz，所以 T_cycle = 1 / 72M = 14 (ns / cycle)
Cycle_conv = 1.5 + 12.5 = 14 (cycle)
T_conv = 14 cycle * 14 ns / cycle = 196 ns
轉換時間大約會在196 ns 左右
好的，我們可以來設定 NVIC 中斷了
勾選
ADC1 and ADC2 interrupts
HRTIM master global interrupts
即可，其餘不用再做設定
Step 6. 改用LL庫
Step 7. 大膽 Generate Code吧
提供 ioc檔與設定報告供大家參考核對設定
- ioc檔https://drive.google.com/file/d/1aIMNGufgrGj8r0qZGsFcsuHQaNkrwy95/view?usp=sharing
- 設定報告( pdf )
https://drive.google.com/file/d/18ofhHn2YeyVbPZ4Tbkyv3vxyQH6AOqUT/view?usp=sharing
Section 1.4 程式碼撰寫
main.c
這裡宣告一個全域變數用來監看值
區域變數無法即時查看
只能透過Break Point在對應區塊暫停程式才能看到
記得啟用HRTIM的Counter
還有啟用對應的中斷函數
啟用ADC模組與啟動ADC轉換
中間要等待ADC自動校正
最後while中提供讀取ADC值的兩種方式給大家參考
stm32f3xx_it.c
中斷函數裡面全部使用暫存器寫法是為了拚效能
同學可試試看不使用暫存器寫法會出現什麼樣的不同
Section 1.5 實驗結果
運行中將 PA0 接到 3.3V，可看到值很接近 4095
測量 PA4 可看到 ADC 觸發頻率為100kHz，符合題目要求
最後是轉換時間測試
筆者測試結果為196ns，與理論計算結果一致
因為筆者做這題測試還做了一些特殊處理
同學們做出來的不會是這個數字，轉換時間肯定更久
甚至根據中斷函數中使用不同的語法會出現250~980ns的轉換時間
這邊留個作業給大家
為甚麼單純用以上方法測量會會比 196ns 還久？
該如何解決這個問題？
提示: 跟筆者標示粗體的部分相關
解決方案
Section 2. 進階題
將ADC1_IN1(PA0)腳位設定為一般通道，輸入0~3V電壓，
使用HRTIM之Timer A模組，輸出PWM，
設定互補模式且Duty cycle = 50%，Deadtime = 1us，
並使用HRTIM之Timer Master作為ADC觸發源，
且開啟Timer Master中斷函數，並在中斷函數中施作以下判斷式：
A. 若輸入電壓為 0~1V， Frequency of Timer A = 80kHz
B. 若輸入電壓為 1~2V， Frequency of Timer A = 100kHz
C. 若輸入電壓為 2~3V， Frequency of Timer A = 120kHz
而ADC觸發頻率（即Timer Master中斷頻率）隨Timer A頻率變化。
提供更改頻率的函數給大家參考
LL_HRTIM_TIM_SetPeriod (HRTIMx, Timerx, Period);
或暫存器寫法：
HRTIM1->sMasterRegs.MPER = Period; //for Timer Master
HRTIM1->sTimerxRegs[x].PERxR = Period; //for others
本題可開啟半波模式，他會自動計算50% Duty所需比較器值
就不用更新比較器了
只需先 Enable Compare Unit 1
再Enable Half Mode 即可，順序不可顛倒
Section 2.1 程式碼撰寫
按照基本題與Lesson 3.內容做本題設定即可
提供 ioc檔與設定報告供大家參考核對設定
- ioc檔https://drive.google.com/file/d/1aIMNGufgrGj8r0qZGsFcsuHQaNkrwy95/view?usp=sharing
- 設定報告( pdf )
https://drive.google.com/file/d/18ofhHn2YeyVbPZ4Tbkyv3vxyQH6AOqUT/view?usp=sharing
main.c
本題要求寫在中斷函數中
所以int main() 的 while迴圈保持空白
stm32f3xx_it.c
Section 2.2 實驗結果
A. 0V < PA0 < 1V，80kHz
B. 1V < PA0 < 2V，100kHz
C. 2V < PA0 < 3V，120kHz
