RT1060 ADC demo 寄存器解析_Part1
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RT1060 ADC demo 寄存器解析_Part1

RT1060 ADC demo 寄存器解析_Part1

参考RT1060-EVKB SDK demo : adc_12b1msps_sar_polling

要求：

ADC1_IN0 is ADC input. Please sample voltage by J33-2 pin.

详细分析 adc_polling.c 从 API 调用到底层寄存器写入的顺序（软件触发情形），并给出时序说明与 mermaid 流程图，便于调试与理解硬件交互。

RT1062的ADC寄存器全览：

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/** ADC - Size of Registers Arrays */
#define ADC_HC_COUNT                              8u
#define ADC_R_COUNT                               8u

/** ADC - Register Layout Typedef */
typedef struct {
__IO uint32_t HC[ADC_HC_COUNT];                  /**< Control register for hardware triggers, array offset: 0x0, array step: 0x4 */
__I  uint32_t HS;                                /**< Status register for HW triggers, offset: 0x20 */
__I  uint32_t R[ADC_R_COUNT];                    /**< Data result register for HW triggers, array offset: 0x24, array step: 0x4 */
__IO uint32_t CFG;                               /**< Configuration register, offset: 0x44 */
__IO uint32_t GC;                                /**< General control register, offset: 0x48 */
__IO uint32_t GS;                                /**< General status register, offset: 0x4C */
__IO uint32_t CV;                                /**< Compare value register, offset: 0x50 */
__IO uint32_t OFS;                               /**< Offset correction value register, offset: 0x54 */
__IO uint32_t CAL;                               /**< Calibration value register, offset: 0x58 */
} ADC_Type;

概要

典型动作（软件触发）：

  1. 初始化（ADC_Init）
  2. 禁用硬件触发并校准（ADC_EnableHardwareTrigger(false)、ADC_DoAutoCalibration）
  3. 选择通道并触发（ADC_SetChannelConfig -> 写 HC[0]）
  4. 硬件采样/转换（ADC 内部使用 CFG 中的 ADCK/ADSTS/ADLSMP 配置）
  5. 写结果到 R[0] 并置 HS.COCO[0]
  6. CPU 轮询 HS，读 R[0]

下面给出更详细的寄存器写入顺序及每步与时间/注意事项。

步骤与寄存器写入（详细）

  1. ADC_Init(base, config)

    • CLOCK_EnableClock(s_adcClocks[instance])

      • 结果：ADC 模块时钟使能，外设开始有时钟脉冲。

      • 注意：若时钟未使能，后续读写寄存器可能无效。

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// 保留了 硬件触发or软件触发 + n samples平均
tmp32 = base->CFG & (ADC_CFG_AVGS_MASK | ADC_CFG_ADTRG_MASK);
// 其他重新配置
// 1. 参考电压：
// 2. 采样周期：
// 3. 输入时钟源选择：可选 IPG时钟/IPG➗2/异步时钟ADACK; 这里选了异步时钟
// 4. 时钟分频： 配置为0，即 clock/1
// 5. 转换模式：8-bit/10-bit/12-bit
tmp32 |= ADC_CFG_REFSEL(config->referenceVoltageSource) |
         ADC_CFG_ADSTS(config->samplePeriodMode) |
         ADC_CFG_ADICLK(config->clockSource) |
         ADC_CFG_ADIV(config->clockDriver) |
         ADC_CFG_MODE(config->resolution);
if (config->enableOverWrite) tmp32 |= ADC_CFG_OVWREN_MASK;
...
base->CFG = tmp32;

​ - 写入 CFG：配置 ADICLK（决定 ADCK）、ADIV（分频）、MODE（位宽）、ADSTS（采样时钟长度）等。

关于RT1060的ADC参考电压：

唯一有效选项：外部 VREFH/VREFL 引脚

  • VREFH：通常接 3.3V 或 1.8V（取决于模拟电源域），必须满足数据手册要求（比如 2.7V–3.6V，如果 ADC 工作在 3.3V 模拟域）。
  • VREFL：通常接地（VSSAD）。

关于ADC采样周期 ADSTS：

字段作用：

  • ADC 在转换前需要将输入信号采样到内部采样电容上，采样时间越长，电容充电越充分，适合高阻抗信号源。
    • 如果信号源阻抗低，可以用短采样时间提高转换速度。
    • 长采样模式（ADLSMP=1）会显著增加采样周期，降低速率，但提高精度，尤其在高阻抗输入或低功耗场景。
  • ADSTS（Sample Period Mode）是一个 2 位字段，取值 00、01、10、11。
  • ADLSMP 决定是短采样还是长采样：
    • ADLSMP=0 → 短采样模式
    • ADLSMP=1 → 长采样模式
  • 每种组合对应不同的采样周期（单位：ADC 时钟周期）。

时间影响：CFG 写入之后，采样/转换的时钟源和采样窗口由这些字段决定；若使用异步时钟（AD），ADCK 会由所选时钟源产生。

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tmp32 = base->GC & ~(ADC_GC_ADCO_MASK | ADC_GC_ADACKEN_MASK);
if (config->enableContinuousConversion) tmp32 |= ADC_GC_ADCO_MASK;
if (config->enableAsynchronousClockOutput) tmp32 |= ADC_GC_ADACKEN_MASK;
base->GC = tmp32;
  • 写入 GC：连续模式、异步时钟输出及其他控制位（DMA、校准启动位也存在于 GC）。

  1. 禁用硬件触发（若需要）

    • ADC_EnableHardwareTrigger(base, false) -> clear CFG.ADTRG
      • 置 ADTRG=0 表示软件触发，写 HC[0] 会触发转换。

  2. 自动校准（可选但建议）

    • base->GS = ADC_GS_CALF_MASK; // 清掉 CALF

    • base->GC |= ADC_GC_CAL_MASK; // 设置 CAL 位启动校准

    • 等待：while (base->GC & ADC_GC_CAL_MASK) { check GS.CALF }

    • 完成后：驱动读取 HS.COCO[0] 来确认结果（驱动中会读 R[0] 清 COCO）

    • 时间：校准时间与 ADC 的硬件规格有关（可在数据手册查到绝对时间或以 ADCK 周期计）。校准期间不要触发其他转换。

  3. 触发一次转换（软件触发）

    • ADC_SetChannelConfig(base, 0, &cfg) => base->HC[0] = ADC_HC_ADCH(channel) | (AIEN?ADC_HC_AIEN:0)
      • 写 HC[0] 在软件触发模式下是“启动一次转换命令”。
      • 硬件：ADC 在写入后开始采样（采样保持）并随后转换。

  4. 硬件采样 -> 转换 -> 把结果写入 R[0] 并在 HS 对应位置 1

    • ADC 内部：采样期（由 ADSTS/ADLSMP 决定） -> 采样电容充电 -> 转换周期（受 ADCK 影响）

    • 完成：ADC 写 R[0]、设置 HS.COCO[0]。

  5. CPU 读取

    • 使用 ADC_GetChannelStatusFlags 检查 HS 的 COCO 位。

    • 读 R[0] 得到原始结果；读取可能会清除某些完成标志（驱动用读取来清 COCO）。

时序图（mermaid）

sequenceDiagram
    participant App as adc_polling.c (CPU)
    participant SDK as fsl_adc.c/h
    participant ADC as ADC hardware (registers)
    participant CLOCK as Clock controller
    participant UART as UART / Printf

    App->>SDK: ADC_GetDefaultConfig()
    App->>SDK: ADC_Init(base, config)
    SDK->>CLOCK: CLOCK_EnableClock(ADC)
    SDK->>ADC: write CFG (REFSEL, ADICLK, ADIV, MODE, ADSTS...)
    SDK->>ADC: write GC (ADCO, ADACKEN...)
    App->>SDK: ADC_EnableHardwareTrigger(false)
    SDK->>ADC: clear CFG.ADTRG (software trigger mode)

    App->>SDK: ADC_DoAutoCalibration()
    SDK->>ADC: GS = CLEAR_CALF
    SDK->>ADC: GC |= CAL (start calibration)
    Note over SDK,ADC: SDK polls until GC.CAL clears and GS.CALF is set
    ADC-->>SDK: Calibration complete

    App->>SDK: ADC_SetChannelConfig(base, 0, cfg)
    SDK->>ADC: write HC[0] (ADCH=channel, AIEN?) -> triggers conversion
    Note over ADC: sample (ADSTS/ADLSMP) -> convert (ADCK cycles) -> write R[0]
    ADC-->>SDK: set HS.COCO[0] = 1 (conversion complete)

    loop Poll until ready
        App->>SDK: ADC_GetChannelStatusFlags()
        SDK->>ADC: read HS
    end

    App->>SDK: ADC_GetChannelConversionValue()
    SDK->>ADC: read R[0]
    App->>UART: PRINTF(value)

延伸

  • 如果你打算改为硬件触发：设置 CFG.ADTRG = 1，然后通过外设（例如 PIT、FTM、GPIO 事件或 ADC_ETC）输出触发信号，HC 寄存器将被外部事件触发转换。
  • 若要用 DMA：设置 GC.DMAEN = 1 并配置 DMA 控制器为在 COCO 事件后搬运 R[n] 数据。
  • 若要提高稳定性：使用 ADC_SetHardwareAverageConfig() 来启用硬件平均（需配置 CFG.AVGS 与 GC.AVGE）。

快速参考表（寄存器 => 关键位）

  • CFG:

    • REFSEL - 参考电压选择
    • ADSTS - 采样时序选择
    • ADICLK - AD 时钟源选择
    • ADIV - AD 时钟分频
    • MODE - ADC 分辨率
    • ADTRG - 0 = 软件触发，1 = 硬件触发

  • GC:

    • ADCO - 连续转换
    • ADACKEN - 异步时钟输出
    • CAL - 启动校准
    • DMAEN - 使能 DMA 触发
    • AVGE - 硬件平均使能

  • HC[n]:

    • ADCH - 要采样的通道号
    • AIEN - 转换完成中断

  • HS:

    • COCO[n] - channel group n 的转换完成标志

  • GS:

    • CALF - 校准失败标志
    • ADACT - 转换正在进行标志

附录一（总结版）

  1. 变量与初始化
  • 常量 g_Adc_12bitFullRange = 4096U：12-bit ADC 的满量程值是 4096。
  • BOARD_InitHardware()：板级启动例程，包含引脚复用（Pin mux）、时钟系统初始化与调试串口（UART）初始化。若 BOARD_InitHardware() 没执行或配置不当，ADC 引脚可能无法作为模拟输入使用。
  1. ADC 配置与初始化
  • ADC_GetDefaultConfig(&adcConfigStruct)：用 SDK 提供的默认值填充 adc_config_t（详见 fsl_adc.h）。这一步不会触碰寄存器，只是准备结构体。
  • ADC_Init(DEMO_ADC_BASE, &adcConfigStruct)：底层实现会：
    • 通过 CLOCK_EnableClock(...) 打开 ADC 外设时钟（必须）；
    • 写 ADC->CFG（CFG 寄存器）来设置分辨率（MODE）、时钟来源（ADICLK）、分频（ADIV）、采样时序（ADSTS）、参考电压选择（REFSEL）和长采样/低功耗/高速标志；
    • 写 ADC->GC（GC 寄存器）设置是否连续转换（ADCO）和异步时钟输出（ADACKEN）等。
  1. 触发与校准
  • ADC_EnableHardwareTrigger(DEMO_ADC_BASE, false)：把 CFG.ADTRG 置 0 —— 软件触发模式（写 HC 寄存器时会立即触发转换）。
  • ADC_DoAutoCalibration(DEMO_ADC_BASE)：执行自动校准流程，关键寄存器交互：
    • 清除 GS.CALF（写 ADC->GS = ADC_GS_CALF_MASK）；
    • 在 GC 寄存器置 CAL（ADC->GC |= ADC_GC_CAL_MASK）来启动校准；
    • 等待 GC.CAL 清零（表示校准结束），中间检查 GS.CALF（校准失败标志）。校准完成后 SDK 会检查 HS.COCO[0] 是否置位并读取 R[0] 清除 COCO 标志。
  1. 通道选择与轮询读取
  • adcChannelConfigStruct.channelNumber = DEMO_ADC_USER_CHANNEL：选择模拟输入通道编号（该编号如何映射到引脚由 pin_mux.c 和器件参考手册决定）。
  • ADC_SetChannelConfig(DEMO_ADC_BASE, DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP, &adcChannelConfigStruct)：写 HC[channelGroup] 寄存器（字段 ADCH = channelNumber，AIEN = 中断使能）。在软件触发模式下，写 HC[0] 即会触发一次采样/转换。
  • while (0U == ADC_GetChannelStatusFlags(...)) { }：轮询 HS 寄存器对应位（COCO）直到转换完成。
  • ADC_GetChannelConversionValue(...)：读 R[channelGroup]，获得原始 ADC 值（0..4095）。
  1. 打印与使用
  • PRINTF("ADC Value: %d\\r\\n", raw)：将数值通过串口打印。若要得到电压值，使用 V = raw / (2^N - 1) * Vref（N = 12，2^12 - 1 = 4095）。

附录二 （纯寄存器版代码实现）

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int main(void)
{
    /* 我们将直接通过寄存器访问实现与原示例等价的行为（不调用 ADC_Init / ADC_SetChannelConfig 等 API）
       但仍保留 BOARD_InitHardware() 以确保 pinmux 和串口已初始化。 */
    adc_channel_config_t adcChannelConfigStruct;
    uint32_t tmp32;
    uint32_t result;

    BOARD_InitHardware();

    PRINTF("\r\nADC polling Example (register-level).\r\n");

    // 一、ADC_Init() 开始
    /* 1) 使能 ADC 外设时钟（对应 ADC1） */
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Adc1);

    /* 2) 配置 ADCx_CFG 寄存器：参考默认配置（参考 fsl_adc.c 中的默认值）
         - 保留 AVGS 与 ADTRG 位（AVGS 用于硬件平均，ADTRG 用于触发模式）
         - 设置 REFSEL, ADSTS, ADICLK, ADIV, MODE 等字段 */
    tmp32 = DEMO_ADC_BASE->CFG & (ADC_CFG_AVGS_MASK | ADC_CFG_ADTRG_MASK);
    tmp32 |= ADC_CFG_REFSEL(kADC_ReferenceVoltageSourceAlt0) | ADC_CFG_ADSTS(kADC_SamplePeriod2or12Clocks) |
             ADC_CFG_ADICLK(kADC_ClockSourceAD) | ADC_CFG_ADIV(kADC_ClockDriver1) | ADC_CFG_MODE(kADC_Resolution12Bit);
    /* 不启用覆盖、长采样、低功耗或高速（与默认一致） */
    DEMO_ADC_BASE->CFG = tmp32;

    /* 3) 配置 ADCx_GC 寄存器：不连续转换，开启异步时钟输出（与默认保持一致） */
    // ADCO=0：每次触发只进行一次转换；如果硬件平均（AVGE）开启，则进行一组平均（比如 4/8/16/32 次）后停止。
    // ADCO=1：在启动转换后，ADC会持续不断进行转换；如果硬件平均开启，则持续进行一组组平均转换（每组完成后立即开始下一组），直到软件停止或硬件条件结束。

    tmp32 = DEMO_ADC_BASE->GC & ~(ADC_GC_ADCO_MASK | ADC_GC_ADACKEN_MASK);
    tmp32 |= ADC_GC_ADACKEN_MASK; /* enable asynchronous clock output as default */
    DEMO_ADC_BASE->GC = tmp32;

    // 一、ADC_Init() 结束
    // 二、Disable 掉 ADC_EnableHardwareTrigger
    /* 4) 强制软件触发模式：清除 CFG.ADTRG 位（ADTRG=0 表示软件触发） */
    DEMO_ADC_BASE->CFG &= ~ADC_CFG_ADTRG_MASK;

    // 三、ADC_DoAutoCalibration() 替代
    /* 5) 自动校准（直接按寄存器序列实现） */
    /* 清除校准失败标志 */
    DEMO_ADC_BASE->GS = ADC_GS_CALF_MASK;
    /* 启动校准（设置 GC.CAL 位） */
    DEMO_ADC_BASE->GC |= ADC_GC_CAL_MASK;
    /* 等待校准完成（GC.CAL 清零），期间检查 CALF */
    while (0U != (DEMO_ADC_BASE->GC & ADC_GC_CAL_MASK))
    {
        if (0U != (DEMO_ADC_BASE->GS & ADC_GS_CALF_MASK))
        {
            PRINTF("ADC auto calibration failed (CALF set).\r\n");
            break;
        }
    }
    if (0U == (DEMO_ADC_BASE->GS & ADC_GS_CALF_MASK))
    {
        PRINTF("ADC_DoAutoCalibration() Done.\r\n");
    }
    else
    {
        PRINTF("ADC_DoAutoCalibration() Failed.\r\n");
    }

    /* 配置要采样的通道（channel group 与 channel number）
       这里直接设置 HC[DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP] 的 ADCH 字段，软件触发时写 HC[0] 会启动一次转换 */
    adcChannelConfigStruct.channelNumber = DEMO_ADC_USER_CHANNEL;
    adcChannelConfigStruct.enableInterruptOnConversionCompleted = false; /* 轮询，不使用中断 */

    PRINTF("ADC Full Range: %d\r\n", g_Adc_12bitFullRange);
    while (1)
    {
        PRINTF("Press any key to get user channel's ADC value.\r\n");
        GETCHAR();

        /* 写 HC 寄存器触发一次软件转换（ADCH = 通道号，AIEN 可用于中断） */
        tmp32 = ADC_HC_ADCH(adcChannelConfigStruct.channelNumber);
        /* 不启用中断 */
        DEMO_ADC_BASE->HC[DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP] = tmp32;

        /* 轮询 HS 的 COCO 标志，等待转换完成 */
        while (0U == ((DEMO_ADC_BASE->HS >> DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP) & 0x1U))
        {
            ; /* busy-wait */
        }

        /* 读取结果寄存器 R[group] */
        result = DEMO_ADC_BASE->R[DEMO_ADC_CHANNEL_GROUP];
        PRINTF("ADC Value: %d\r\n", result);
    }
}

RT1060 ADC demo 寄存器解析_Part1

https://dustofstars.github.io/NXP/RT1060/ADC/rt1060-adc-demo-寄存器解析-part1/

作者

Gavin

发布于

2025-12-11

更新于

2025-12-11

许可协议

CC BY-NC-SA 4.0

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