LH32M0G30X ADC双同步采样技术解析

ADC规格:
├── 分辨率: 24位 Sigma-Delta ADC
├── 采样率: 2.5 SPS (Samples Per Second)
├── 输入模式: 差分输入/单端输入
├── 编码方式: 双极性补码 / 单极性二进制
├── 参考电压: 4.096V / 2.5V 可配置
├── 增益: PGA可编程增益放大器 (1x, 2x, 4x, 8x等)
└── 中断机制: 数据就绪中断

                    ┌─────────────────┐
                    │   时钟管理模块   │
                    └─────────┬───────┘
                              │
              ┌───────────────┴───────────────┐
              │                               │
      ┌───────▼──────┐                ┌──────▼──────┐
      │    ADC0      │◄──────────────►│    ADC1     │
      │              │   同步控制     │             │
      └──────┬───────┘                └─────┬───────┘
             │                              │
    ┌────────▼────────┐              ┌──────▼──────┐
    │ AIN0 (P) / AIN1(N) │          │AVDDP/AVDDN  │
    │   外部信号输入   │              │  内部电源   │
    └─────────────────┘              └─────────────┘

void RCC_init(void)
{
    /* 系统时钟树配置 */
    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SW_HSI);      // HSI = 32MHz
    RCC_HSIDIVConfig(RCC_HSI_Div2);    // HSI/2 = 16MHz  
    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div2);   // HCLK = 8MHz
    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div1);    // PCLK1 = 8MHz
    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);    // PCLK2 = 8MHz
}

// ADC子系统时钟配置
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_ADC0EN_Msk, ENABLE);  // ADC0时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_ADC1EN_Msk, ENABLE);  // ADC1时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_USART0EN_Msk, ENABLE); // UART0时钟
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_IOPEN_Msk, ENABLE);      // GPIO时钟

void VREF_init(void)
{
    AFE_REF_CTRL(
        VREFP_ENABLE,      // 使能正参考电压
        VREFP_4V096,       // 设置为4.096V (高精度)
        VDRIVE_ENABLE,     // 使能驱动电压
        VDRIVE_2V5,        // 驱动电压2.5V
        TEMP_SENSER_EN     // 使能温度传感器
    );
}

void ADC0_1_SIMU_CONT_init(void)
{
    ADC_InitTypeDef ADCx_InitStructure;
    
    /* ADC0配置 - 同步模式主控制器 */
    ADCx_InitStructure.ADC_Mode = ADC_SIMU_ENABLE;        // 启用同步模式
    ADCx_InitStructure.ADC_ConvMode = ADC_CONT_CONVERT;   // 连续转换模式
    ADCx_InitStructure.ADC_TrigMode = ADC_SOFT_TRIG;      // 软件触发
    
    /* 输入通道配置 */
    ADCx_InitStructure.ADC_INP = ADC0_PCHAN_AIN0;         // 正输入: AIN0
    ADCx_InitStructure.ADC_INM = ADC0_NCHAN_AIN1;         // 负输入: AIN1
    
    /* 信号处理配置 */
    ADCx_InitStructure.ADC_CODE_MODE = ADC_CODE_BIPOLAR;   // 双极性编码
    ADCx_InitStructure.ADC_PGA = PGA_GAIN_1;              // 增益1倍
    ADCx_InitStructure.ADC_DR = ADC_DR_2P5SPS;            // 采样率2.5SPS
    
    /* 参考电压缓冲器配置 */
    ADCx_InitStructure.REF_BUFP_MODE = REF_BUFP_ENABLE;    // 正参考缓冲使能
    ADCx_InitStructure.REF_BUFN_MODE = REF_BUFN_ENABLE;    // 负参考缓冲使能
    ADCx_InitStructure.ADC_REF_SEL = VREF_REFP_AVSS;      // 参考源选择
    
    /* 中断配置 */
    ADCx_InitStructure.ADC_RDY_INT = ADC_RDY_INT_EN;       // 数据就绪中断使能
    ADCx_InitStructure.ADC_RDY_CNT = 1;                    // 中断计数器
    
    ADCx_init(&ADCx_InitStructure, 0);  // 初始化ADC0
}

/* ADC1配置 - 同步模式从控制器 */
ADCx_InitStructure.ADC_Mode = ADC_SIMU_DISABLE;      // 从模式 (受ADC0控制)
ADCx_InitStructure.ADC_ConvMode = ADC_CONT_CONVERT;  // 连续转换模式
ADCx_InitStructure.ADC_TrigMode = ADC_SOFT_TRIG;     // 软件触发

/* 内部电源监测 */
ADCx_InitStructure.ADC_INP = ADC1_PCHAN_AVDDP;       // 正输入: 电源正极
ADCx_InitStructure.ADC_INM = ADC1_NCHAN_AVDDN;       // 负输入: 电源负极

/* 其他参数与ADC0一致 */
ADCx_InitStructure.ADC_CODE_MODE = ADC_CODE_BIPOLAR;
ADCx_InitStructure.ADC_PGA = PGA_GAIN_1;
ADCx_InitStructure.ADC_DR = ADC_DR_2P5SPS;

ADCx_init(&ADCx_InitStructure, 1);  // 初始化ADC1

/* 中断优先级配置 */
NVIC_EnableIRQ(ADC0_IRQn);   // 使能ADC0中断
NVIC_DisableIRQ(ADC1_IRQn);  // 禁用ADC1独立中断 (在ADC0中断中处理)

/* 启动转换 */
ADC0_convert_start();        // 启动ADC0, ADC1自动同步启动

void ADC0_IRQHandler(void)
{
    volatile uint32_t reg_data;
    uint8_t adc_code[3];
    int32_t adc_hex;
    float adc_voltage;
    
    /* 步骤1: 读取状态寄存器 (清除中断标志) */
    reg_data = pADC_SUBSYS_USER->ADC_STATUS_0;
    
    /* 步骤2: 读取24位ADC原始数据 */
    reg_data = pADC_SUBSYS_USER->ADC_DATA_0;
    
    /* 步骤3: 数据字节分离 */
    adc_code[2] = (reg_data >> 16) & 0xFF;  // 高字节 [23:16]
    adc_code[1] = (reg_data >> 8) & 0xFF;   // 中字节 [15:8]
    adc_code[0] = (reg_data) & 0xFF;        // 低字节 [7:0]
    
    /* 步骤4: 24位数据重组与符号扩展 */
    adc_hex = (int32_t)(
        ((((adc_code[2] & 0x80) ? (0xFF) : (0x00)) ) << 24) |  // 符号扩展
        ((adc_code[2] & 0xFF) << 16) |                          // 高字节
        ((adc_code[1] & 0xFF) << 8) |                           // 中字节
        ((adc_code[0] & 0xFF) << 0)                             // 低字节
    );
}

24位数据格式 (双极性补码):
┌─────┬─────────────────────────┐
│ S   │     22位数据位          │
└─────┴─────────────────────────┘
 MSB                        LSB

符号扩展逻辑:
if (bit[23] == 1)  // 负数
    result = 0xFF000000 | 24bit_data
else               // 正数
    result = 0x00000000 | 24bit_data

算法实现:
adc_code[2] & 0x80  // 检测符号位
? 0xFF : 0x00       // 符号扩展字节

float ADC_DataToMiniVolt_bipolar(int32_t data)
{
    float mv;
    
    /* 转换公式解析:
     * mv = data × 2.0 × Vref / (2^24)
     * 
     * 参数说明:
     * - data: 24位有符号整数 (-8388608 ~ +8388607)
     * - 2.0: 差分输入系数 (±Vref范围)
     * - 4096.0: 参考电压 (mV) - 实际校准值
     * - (1<<24): 2^24 = 16777216 (24位满量程)
     */
    mv = data * 2.0 * 4096.0 / ((1<<24));
    
    return mv;
}

float ADC_DataToMilliVolt_Unipolar(uint32_t data)
{
    float mv;
    
    /* 单极性转换公式:
     * mv = data × Vref / (2^24)
     * 
     * 输入范围: 0 ~ +Vref
     * 数据范围: 0 ~ 16777215
     */
    mv = (float)data * 2048.0f / 16777216.0f;
    
    return mv;
}

void ADC0_IRQHandler(void)
{
    /* 策略: 在ADC0中断中同时处理两个ADC的数据 */
    
    // 处理ADC0数据
    process_adc0_data();
    
    // 处理ADC1数据 (同步采样)
    process_adc1_data();
    
    /* 优势:
     * 1. 确保数据时间同步性
     * 2. 减少中断开销
     * 3. 简化同步逻辑
     */
}

void process_adc0_data(void)
{
    // ADC0: 外部信号采样 (AIN0差分AIN1)
    reg_data = pADC_SUBSYS_USER->ADC_STATUS_0;  // 清除中断
    reg_data = pADC_SUBSYS_USER->ADC_DATA_0;    // 读取数据
    // 数据处理...
}

void process_adc1_data(void)
{
    // ADC1: 内部电源监测 (AVDDP差分AVDDN)
    reg_data = pADC_SUBSYS_USER->ADC_STATUS_1;  // 清除中断
    reg_data = pADC_SUBSYS_USER->ADC_DATA_1;    // 读取数据
    // 数据处理...
}

void ADC0_IRQHandler(void)
{
    /* 优化策略1: 最小化中断时间 */
    GPIO_ToggleBits(pGPIO1, GPIO_Pin_0);  // 调试用IO翻转
    
    /* 优化策略2: 快速状态读取 */
    volatile uint32_t status0 = pADC_SUBSYS_USER->ADC_STATUS_0;
    volatile uint32_t status1 = pADC_SUBSYS_USER->ADC_STATUS_1;
    
    /* 优化策略3: 批量数据处理 */
    process_dual_adc_data();
    
    /* 性能指标:
     * - 中断响应时间: < 1μs
     * - 数据处理时间: < 10μs  
     * - 中断频率: 2.5Hz
     */
}

void UART0_init(void)
{
    /* GPIO复用功能配置 */
    GPIO_PinAFConfig(pGPIO0, GPIO_PinSource2, GPIO0_2_AF_SOUT); // P0.2 → UART TX
    GPIO_PinAFConfig(pGPIO0, GPIO_PinSource1, GPIO0_1_AF_SIN);  // P0.1 → UART RX
    
    /* UART参数配置 */
    UART_InitTypeDef uart0_initStr;
    uart0_initStr.UART_BaudRate = 115200;                       // 波特率
    uart0_initStr.UART_WordLength = UART_WordLength_8b;         // 8位数据
    uart0_initStr.UART_StopBits = UART_StopBits_1;             // 1位停止位
    uart0_initStr.UART_Parity = UART_Parity_None;              // 无校验
    
    UART_Init(pUART0, &uart0_initStr);
    UART_ITConfig(pUART0, UART_IT_ERBFI, ENABLE);              // 接收中断
}

void gpio_pin_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_initStr;
    
    /* 调试用GPIO配置 */
    gpio_initStr.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;          // P1.0
    gpio_initStr.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;      // 输出模式
    gpio_initStr.GPIO_Current = GPIO_4mA;        // 4mA驱动能力
    gpio_initStr.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;     // 推挽输出
    gpio_initStr.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;   // 无上下拉
    
    GPIO_Init(pGPIO1, &gpio_initStr);
    GPIO_WriteBit(pGPIO1, GPIO_Pin_0, Bit_RESET);  // 初始低电平
}

输入信号路径:
AIN0 ──┐
       ├─► [差分放大器] ──► [PGA] ──► [Σ-Δ调制器] ──► [数字滤波器] ──► ADC_DATA_0
AIN1 ──┘

参考电压路径:
VREFP ──► [参考缓冲器] ──► [ADC核心]
VREFN ──┘

/* 参考电压缓冲器配置 */
ADCx_InitStructure.REF_BUFP_MODE = REF_BUFP_ENABLE;  // 正参考缓冲
ADCx_InitStructure.REF_BUFN_MODE = REF_BUFN_ENABLE;  // 负参考缓冲

/* 优势:
 * 1. 降低参考电压阻抗
 * 2. 提高噪声抑制能力
 * 3. 改善温度漂移特性
 * 4. 增强负载驱动能力
 */

应用场景1: 传感器信号采集
├── ADC0: 传感器差分信号 (AIN0-AIN1)
├── ADC1: 电源监测 (AVDDP-AVDDN)
├── 采样率: 2.5SPS (适合慢变信号)
└── 精度: 24位 (适合高精度测量)

应用场景2: 工业控制系统
├── ADC0: 过程变量监测
├── ADC1: 系统状态监测  
├── 同步采样: 确保时间相关性
└── 连续模式: 实时数据流

void read_reg_print(void)
{
    /* 关键寄存器状态读取 */
    volatile uint32_t reg_data;
    
    // 配置寄存器
    reg_data = pADC_SUBSYS_USER->CONFIGURATION_0;
    printf("CONFIGURATION_0:0x%08X\n", reg_data);
    
    // 控制寄存器
    reg_data = pADC_SUBSYS_USER->ADC_CONTROL_0;
    printf("ADC_CONTROL_0:0x%08X\n", reg_data);
    
    // 偏移校准寄存器
    reg_data = pADC_SUBSYS_USER->OFFSET_1;
    printf("OFFSET_1:0x%08X\n", reg_data);
    
    // 增益校准寄存器
    reg_data = pADC_SUBSYS_USER->GAIN_1;
    printf("GAIN_1:0x%08X\n", reg_data);
}

/* 优化1: 中断优先级配置 */
NVIC_SetPriority(ADC0_IRQn, 1);  // 高优先级

/* 优化2: DMA传输 (如果支持) */
// 减少CPU中断负载，提高系统效率

/* 优化3: 数据缓冲策略 */
#define ADC_BUFFER_SIZE 64
static volatile float adc_buffer[ADC_BUFFER_SIZE];
static volatile uint8_t buffer_index = 0;

/* 校准策略 */
void adc_calibration(void)
{
    // 零点校准
    int32_t zero_offset = measure_zero_point();
    
    // 满量程校准  
    int32_t full_scale = measure_full_scale();
    
    // 计算校准系数
    float gain_factor = calculate_gain_correction(full_scale);
    float offset_factor = calculate_offset_correction(zero_offset);
}

/* 温度补偿 */
void temperature_compensation(void)
{
    float temp = read_internal_temperature();
    float temp_coeff = calculate_temp_coefficient(temp);
    // 应用温度补偿
}

程序启动
    ↓
关闭看门狗 (IWDG_Disable)
    ↓
硬件初始化
├── GPIO初始化 (gpio_pin_init)
├── 时钟配置 (RCC_init)
├── 串口配置 (UART0_init)
├── 参考电压初始化 (VREF_init)
└── ADC双通道初始化 (ADC0_1_SIMU_CONT_init)
    ↓
启动ADC转换 (ADC0_convert_start)
    ↓
进入主循环 (while(1))
    ↓
等待中断事件

ADC0中断触发 (2.5Hz)
    ↓
读取ADC状态寄存器 (清除中断标志)
    ↓
读取ADC0数据 (外部信号)
├── 数据字节分离
├── 24位重组与符号扩展
├── 电压转换计算
└── 串口输出结果
    ↓
读取ADC1数据 (内部电源)
├── 数据字节分离
├── 24位重组与符号扩展
├── 电压转换计算
└── 串口输出结果
    ↓
GPIO状态翻转 (调试指示)
    ↓
中断返回

/* 关键代码段分析 */
adc_hex = (int32_t)(
    ((((adc_code[2] & 0x80) ? (0xFF) : (0x00)) ) << 24) |  // [31:24] 符号扩展
    ((adc_code[2] & 0xFF) << 16) |                          // [23:16] 高字节
    ((adc_code[1] & 0xFF) << 8) |                           // [15:8]  中字节  
    ((adc_code[0] & 0xFF) << 0)                             // [7:0]   低字节
);

/* 数据完整性验证 */
数据范围检查:
- 双极性模式: -8,388,608 ~ +8,388,607
- 单极性模式: 0 ~ 16,777,215

溢出检测:
- if (adc_hex == 0x800000) // 负溢出
- if (adc_hex == 0x7FFFFF) // 正溢出

/* ADC0主控制器配置 */
ADC_Mode = ADC_SIMU_ENABLE;   // 主控制器，产生同步信号

/* ADC1从控制器配置 */  
ADC_Mode = ADC_SIMU_DISABLE;  // 从控制器，接收同步信号

/* 同步机制:
 * 1. ADC0启动转换时，自动触发ADC1开始转换
 * 2. 两个ADC使用相同的时钟源和采样率
 * 3. 数据就绪时间差 < 1个时钟周期
 * 4. 在单一中断中处理两路数据，确保时间相关性
 */

/* 激励电流源配置示例 */
void IEXC0_1_init(void)
{
    // 配置激励电流源0: 1000μA输出到AIN3
    // 配置激励电流源1: 150μA输出到AIN2
    AFE_IEXC_RANGE(IEXC1_150UA, IEXC0_1000UA);
    AFE_IEXC_CTRL(IEXC1_EN, IEXC0_EN, IEXC1_CHAN_AIN2, IEXC0_CHAN_AIN3);
}

/* 应用场景: RTD温度测量
 * AIN0-AIN1: RTD差分信号
 * AIN2: 激励电流返回路径  
 * AIN3: 激励电流输出
 */

void VBIAS_init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_ADC0EN_Msk, ENABLE);
    VABIS_channel_select(VBIAS_ENABLE_AIN0);
    
    /* VBIAS功能:
     * 为传感器提供共模偏置电压
     * 改善信号完整性
     * 扩大输入动态范围
     */
}

/* 精度测试代码示例 */
void accuracy_test(void)
{
    float test_voltages[] = {0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0};  // mV
    float measured_values[5];
    float errors[5];
    
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        // 设置测试电压
        set_test_voltage(test_voltages[i]);
        delay_ms(1000);  // 等待稳定
        
        // 测量并记录
        measured_values[i] = read_adc_average(100);
        errors[i] = measured_values[i] - test_voltages[i];
        
        printf("Input: %.3fmV, Measured: %.3fmV, Error: %.3fmV\n",
               test_voltages[i], measured_values[i], errors[i]);
    }
}