63、IMX6ULL ADC驱动开发

IMX6ULL ADC驱动开发

一、ADC核心概念梳理

1.1 什么是ADC？

ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）是将连续变化的模拟电压信号 转换为离散数字信号的核心模块，是数字系统（MCU/处理器）与物理世界模拟信号交互的桥梁。

1.2 核心术语

术语	核心说明
模拟信号	物理世界中连续变化的物理量（如电压、温度），是ADC的输入源
数字信号	离散、不连续的信号，可直接被MCU解析（如0~4095的数值）
传感器	将物理量（光、温度、压力等）转换为模拟电信号（电压/电流）的器件

二、IMX6ULL ADC硬件解析

2.1 原理图分析

IMX6ULL的ADC模块集成在SOC内部，核心硬件关联如下：

核心板（IMX6ULL_CORE_V2.0）：ADC参考电压引脚ADC_VREFH，为转换提供电压基准；
底板（IMX6ULL_MINI_V2.2）：P4模块GPIO_1（7号引脚）关联ADC通道，是实际信号采集的硬件载体。

2.2 参考手册关键信息

（1）ADC外部信号映射

IMX6ULL的ADC1包含10个输入通道，核心通道与引脚映射如下（仅列关键）：

Signal	描述	对应引脚	方向
ADC_VREFH	ADC高参考电压	ADC_VREFH	输入
ADC1_IN0	ADC1通道0输入	GPIO1_IO00	输入
ADC1_IN1	ADC1通道1输入	GPIO1_IO01	输入
...	...	...	...
ADC1_IN7	ADC1通道7输入	GPIO1_IO07	输入

（2）时钟配置

ADC输入时钟（ADICLK）支持3种选择，决定转换速率：

ADICLK值	时钟源
00	IPG时钟
01	IPG时钟分频2
11	异步时钟（ADACK）

（3）核心寄存器（开发关键）

寄存器	核心位段	功能说明
ADCx_HC0	ADCH（b0-b4）	选择采集通道，切换通道触发一次转换
	AIEN（b7）	转换完成中断使能（默认禁用）
ADCx_HS	COCO0（b0）	转换完成标志（1=完成，0=未完成）
ADCx_R0	CDATA（b0-b11）	存储转换结果（低12位有效，范围0~4095）
ADCx_GC	CAL（b7）	启动自动校准（写1启动，读0完成）
ADCx_GS	CALF（b1）	校准失败标志（0=成功，1=失败，需写1清零）

三、ADC驱动开发实战

3.1 ADC校准（必选步骤）

IMX6ULL的ADC使用前需完成自动校准，消除硬件偏移误差，核心代码如下：

c 复制代码

#include "imx6ull.h"

/**
 * @brief ADC自动校准
 * @param adc_base: ADC基地址（如ADC1_BASE）
 * @return 0: 校准成功, -1: 校准失败
 */
int adc_calibrate(ADC_Type *adc_base)
{
    // 1. 启动校准：向CAL位写1
    adc_base->GC |= (1 << 7);
    
    // 2. 等待校准完成：CAL位读0表示完成
    while((adc_base->GC & (1 << 7)) != 0);
    
    // 3. 检查校准失败标志
    if(adc_base->GS & (1 << 1))
    {
        adc_base->GS |= (1 << 1); // 清零失败标志
        return -1;
    }
    return 0;
}

原理说明：校准是ADC保证转换精度的核心步骤，硬件自动完成偏移补偿；需等待CAL位归0，若CALF置1说明校准失败，需清零标志并重新校准。

3.2 ADC单次采样

校准完成后，对指定通道进行单次采样，核心代码如下：

c 复制代码

/**
 * @brief ADC单次采样（12位分辨率）
 * @param adc_base: ADC基地址
 * @param channel: 采样通道（0-9）
 * @return 采样值（0~4095，对应0~ADC_VREFH电压）
 */
unsigned short adc_single_sample(ADC_Type *adc_base, unsigned char channel)
{
    unsigned short adc_value = 0;
    
    // 1. 配置采样通道：关闭中断，设置目标通道
    adc_base->HC0 = (0 << 7) | (channel & 0x1F);
    
    // 2. 等待转换完成：轮询COCO0位
    while((adc_base->HS & 0x01) == 0);
    
    // 3. 读取转换结果：仅保留低12位有效数据
    adc_value = adc_base->R0 & 0xFFF;
    
    return adc_value;
}

原理说明 ：向ADCx_HC0写入通道号后，ADC自动触发一次转换；轮询COCO0位直到置1，说明转换完成；ADCx_R0的低12位是最终数字量，对应模拟电压的比例值。

3.3 均值滤波优化（光敏传感专用）

光敏传感器采集的信号易受环境干扰，通过均值滤波降低噪声，核心代码如下：

c 复制代码

#define SAMPLE_COUNT 10  // 采样次数，可根据需求调整

/**
 * @brief ADC均值滤波采样（提升光敏信号稳定性）
 * @param adc_base: ADC基地址
 * @param channel: 采样通道
 * @return 滤波后的采样值
 */
unsigned short adc_average_sample(ADC_Type *adc_base, unsigned char channel)
{
    unsigned int sum = 0;
    unsigned char i = 0;
    
    // 1. 多次采样累加
    for(i = 0; i < SAMPLE_COUNT; i++)
    {
        sum += adc_single_sample(adc_base, channel);
        // 短延时，避免采样频率过高
        for(volatile int j=0; j<1000; j++);
    }
    
    // 2. 计算平均值，滤除随机噪声
    return (unsigned short)(sum / SAMPLE_COUNT);
}

原理说明：对同一通道连续采集N次（示例为10次），累加后取平均值，可有效抵消单次采样的随机干扰，提升光敏信号的稳定性。

四、拓展实战：I2C温度读取与代码优化

4.1 LM75温度传感器读取（I2C方式）

LM75是I2C接口的温度传感器，读取温度的核心代码如下：

c 复制代码

unsigned char rcv_buffer[2] = {0}; // I2C接收缓冲区

/**
 * @brief 读取LM75温度值（精度0.5℃）
 * @return 温度值（单位：℃）
 */
float get_temp_value(void)
{
    unsigned short t = 0;
    struct I2C_Msg msg = {
        .dev_addr = 0x48,  // LM75设备地址
        .reg_addr = 0x00,  // 温度寄存器地址
        .reg_len = 1,      // 寄存器地址长度（1字节）
        .data = rcv_buffer,// 接收数据缓冲区
        .len = 2,          // 读取字节数（温度寄存器为16位）
        .dir = I2C_read    // I2C读方向
    };
    
    // 执行I2C数据传输
    i2c_transfer(I2C1, &msg);
    
    // 拼接数据并转换为实际温度
    t |= (rcv_buffer[0] << 8) | (rcv_buffer[1] << 0);
    t = t >> 7;  // 保留温度有效位（高9位）
    return t * 0.5;  // 0.5℃精度转换
}

原理说明：LM75的温度寄存器为16位，高9位为温度有效位（含符号）；右移7位后乘以0.5，即可将数字量转换为实际温度值（如数值10对应5℃）。

4.2 I2C多字节寄存器地址兼容优化

I2C设备的寄存器地址可能为多字节（如16位/32位），需兼容不同长度的地址发送，优化代码如下：

c 复制代码

/**
 * @brief 发送多字节寄存器地址（兼容不同I2C设备）
 * @param base: I2C基地址
 * @param reg_addr: 寄存器地址
 * @param reg_len: 地址长度（字节数）
 * @return 0: 成功, 非0: 失败
 */
int i2c_send_reg_addr(I2C_Type *base, unsigned int reg_addr, unsigned int reg_len)
{
    int status = 0;
    int i = reg_len - 1;
    
    // 从高位到低位逐字节发送地址
    for (; i >= 0; i--)
    {
        base->I2DR = (reg_addr >> (8 * i)) & 0XFF; // 提取当前字节
        status = i2c_wait_iif(base); // 等待发送完成
        if (status != 0) goto stop;  // 失败则跳转到停止流程
    }
    return 0;
    
stop:
    base->I2CR &= ~(1 << 5); // 停止I2C传输
    return status;
}

原理说明：根据寄存器地址长度（reg_len），通过移位+与运算逐字节提取高位到低位的地址，逐个写入I2C数据寄存器（I2DR），确保适配不同字节长度的寄存器地址。

4.3 FPU使能（提升浮点运算效率）

温度计算涉及浮点运算（如*0.5），需使能IMX6ULL的FPU（浮点单元），核心汇编代码如下：

armasm 复制代码

enable_fpu:
    // 1. 读取CPACR寄存器，使能CP10/CP11（FPU访问权限）
    mrc     p15, 0, r0, c1, c0, 2   
    orr     r0, r0, #(0xF << 20)    
    mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 2   
    
    // 2. 设置FPEXC的EN位，使能FPU
    mov     r0, #0x40000000         
    vmsr    fpexc, r0               
    
    // 3. 清零FPSCR标志位，初始化浮点状态
    mov     r0, #0x00000000         
    vmsr    fpscr, r0               
    
    bx      lr                      // 函数返回

原理说明：CPACR寄存器的CP10/CP11位控制FPU访问权限，置1后允许浮点运算；FPEXC的EN位是FPU主使能位，开启后浮点运算效率提升数倍。