【開(kāi)源教程20】瘋殼·開(kāi)源編隊(duì)無(wú)人機(jī)-ADC（搖桿控制）

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COCOFLY教程

——瘋殼·無(wú)人機(jī)·系列

ADC（搖桿控制）

   
    圖1


    一、搖桿
    1.1搖桿簡(jiǎn)介

    搖桿由于符合人體工學(xué)、操作簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于各類的玩具中，例如遙控飛機(jī)、遙控小車等。如下圖所示為搖桿模塊的實(shí)物圖。

   
    圖2
    1.2搖桿原理
    搖桿的根本無(wú)非就是兩個(gè)電位器，也就是常說(shuō)的滑動(dòng)變阻器，一個(gè)電位器對(duì)應(yīng)搖桿的上下方向，而另一個(gè)電位器則對(duì)應(yīng)左右方向。
    搖桿的引腳一端接上電、一端接上地，另外一端就負(fù)責(zé)采集電壓的變化值即可，判斷搖桿是往哪個(gè)方向撥動(dòng)。

    二、ADC
    2.1ADC 簡(jiǎn)介

    ADC（Analog-to-Digital Converter），模數(shù)轉(zhuǎn)換器即 A/D 轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱ADC，通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見(jiàn)的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。

    那么什么是模擬量、數(shù)字量呢？模擬量是指變量在一定范圍連續(xù)變化的量； 數(shù)字量是物理量的一種，它們的變化在時(shí)間上是不連續(xù)的，總是發(fā)生在一系
    列離散的瞬間。這一類物理量叫做 數(shù)字量。如下圖所示為數(shù)字量與模擬量的對(duì)比圖。

   
    圖3
    那么把模擬信號(hào)準(zhǔn)換成數(shù)字信號(hào)的過(guò)程就稱為 ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換。
    模數(shù)轉(zhuǎn)換器的種類很多，按工作原理的不同，可分成間接 ADC 和直接 ADC。間接 ADC 是先將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間或頻率，然后再把這些中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，常用的有雙積分型 ADC。直接 ADC 則直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，常用的有并聯(lián)比較型 ADC 和逐次逼近型 ADC。
    并聯(lián)比較型 ADC：采用各量級(jí)同時(shí)并行比較，各位輸出碼也是同時(shí)并行產(chǎn)生，所以轉(zhuǎn)換速度快。并聯(lián)比較型 ADC 的缺點(diǎn)是成本高、功耗大。
    逐次逼近型 ADC：它產(chǎn)生一系列比較電壓 VR，但它是逐個(gè)產(chǎn)生比較電壓， 逐次與輸入電壓分別比較，以逐漸逼近的方式進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的。它比并聯(lián)比較型ADC 的轉(zhuǎn)換速度慢，比雙積分型 ADC 要快得多，屬于中速 ADC 器件。
    雙積分型 ADC：它先對(duì)輸入采樣電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分，獲得與采樣電壓平均值成正比的時(shí)間間隔，同時(shí)用計(jì)數(shù)器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好;主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度低。
    ADC 常用的技術(shù)指標(biāo)有：
    （1）采樣精度 ：即分辨率，一般有 8 位、10 位、12 位、16 位等；
    （2）轉(zhuǎn)換時(shí)間 ：即每次采樣所需的時(shí)間，表征 ADC  的轉(zhuǎn)換速度，與 ADC
    的時(shí)鐘頻率、采樣周期、轉(zhuǎn)換周期有關(guān)；
    （3）工作電壓 ：需要注意 ADC  的工作電壓范圍、能否直接測(cè)量負(fù)電壓等；
    （4）ADC 類型 ：如上面所提到的，ADC  有多種類型，不同類型的 ADC 有不同的性能極限。

    2.2STM32 的ADC

    STM 32 擁有 1~3 個(gè) ADC  ，這些 ADC 可以獨(dú)立使用，也可以使用雙重模式
    （提高采樣率）。STM 32 的 ADC 是 12 位逐次逼近型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它有18 個(gè)通道，可測(cè)量 16 個(gè)外部和 2 個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。各通道的 A / D 轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。
    ADC 的結(jié)果可以左對(duì)齊或右對(duì)齊方式存儲(chǔ)在 16 位數(shù)據(jù)寄存器中。(因?yàn)樵谶@里 ADC 是 12 位的，還有四位沒(méi)有用到，所以存在左/右對(duì)齊的方式)。
    STM32F103 系列的 ADC 外部通道和引腳對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如下圖所示。



    表1

    2.3ADC 寄存器

    STM32 的 ADC 相關(guān)寄存器較多，這里只講幾個(gè)比較重要的寄存器。
    （1）ADC_CR1：模數(shù)轉(zhuǎn)換控制寄存器 1，如下圖所示：

   
    圖4
    其中 RES[1:0]為分辨率設(shè)置位，等于 00 時(shí)設(shè)置 ADC 為 12 位，等于 01 時(shí)設(shè)置 ADC 為 10 位，10 時(shí)設(shè)置 ADC 為 8 位，11 時(shí)設(shè)置 ADC 為 6 位。
    （2）ADC_CR2：模數(shù)轉(zhuǎn)換控制寄存器 2，如下圖所示：

   
    圖5
    其中 ALIGN 為數(shù)據(jù)對(duì)齊位，為 0 數(shù)據(jù)右對(duì)齊，為 1 數(shù)據(jù)左對(duì)齊；CONT 為連續(xù)轉(zhuǎn)換設(shè)置位，為 0 單次轉(zhuǎn)換，為 1 連續(xù)轉(zhuǎn)換；ADON 為 ADC 轉(zhuǎn)換使能位， 關(guān)閉 ADC 轉(zhuǎn)換，為 1 開(kāi)啟 ADC 轉(zhuǎn)換。
    （3）ADC_DR：模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器，規(guī)則序列寄存器中的 AD 轉(zhuǎn)化結(jié)果都將被存在這個(gè)寄存器中，而注入寄存器的轉(zhuǎn)換結(jié)果被存儲(chǔ)在 ADC_DR 中，如下圖所示：

   
    圖6
    其中 DATA[15:0]中存放轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。

    2.4ADC 搖桿控制實(shí)驗(yàn)

    本節(jié)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是使用遙控手柄上的左搖桿控制遙控手柄上的電源指示燈、
    cocobit 編程模式指示燈、連接無(wú)人機(jī)指示燈以及緊急降落指示燈。

    左搖桿往撥電亮電源指示燈、往下?lián)茳c(diǎn)亮 cocobit 編程指示燈、往左撥點(diǎn)亮緊急降落指示燈、往右撥點(diǎn)亮連接無(wú)人機(jī)指示燈。這里采用了 ADC1 多路通道規(guī)則 DMA 采集的方式。左搖桿的 ADC 接線原理圖如下圖所示。


   
    圖7
    實(shí)驗(yàn)中會(huì)用到 LED，其配置可以參考遙控器開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)教程《GPIO》一節(jié)。整體的編寫代碼的思路如下表所示：
    代碼思路


   
    表2
    ADC 的初始化代碼如下。




    圖8
    ADC 處理是在主循環(huán)中完成的，其代碼如下圖所示。


    圖9

    如下圖所示，左搖桿往左撥，緊急降落指示燈亮起。

   
    圖10





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2022-8-30 17:21 上傳

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