【瑞萨RA × Zephyr评测】多通道ADC电压计

本文介绍了瑞萨 FPB-RA6E2 开发板使用 Zephyr 开发环境和 VS Code 获取多通道 ADC 电压并串口打印的项目设计。

项目介绍

• 准备工作：硬件连接、开发环境搭建等；
• 工程代码：流程图、关键代码、配置文件等；
• 编译上传：工程编译、固件上传等流程；
• 效果演示：使用串口调试工具获取多通道 ADC 电压数据。

ADC

模数转换器 (Analog-to-Digital Converter, ADC) 是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。

ADC 主要包括采样保持和量化编码；

• 将模拟信号采样，数据点转化为数字量；
• 根据精度、动态范围等多个角度选择所需要的二进制编码方式，量化后的信号为有限个离散幅度值；

RA6E2 内置双路 12 位 SAR 模数转换器（ADC0 / ADC1），将模拟电压转为数字信号。

• ADC0 有 13 个 ADC 通道，ADC1有 16 个 ADC 通道；
• 支持单次 / 连续 / 分组扫描多种采样模式；
• 最高单通道约 1.9 MSPS 高速转换；
• 支持外部 3.3V 参考或内部 1.18V 基准；
• 输入范围 0-3.3V；

硬件连接

实物连接

环境搭建

• Zephyr 开发环境 (VS Code) 搭建流程详见：【瑞萨RA × Zephyr评测】VS Code 环境搭建与工程测试 .
• Zephyr 开发环境 (PowerShell) 搭建流程详见：【瑞萨RA × Zephyr评测】介绍、环境搭建、串口打印 .

流程图

工程创建

• 点击左侧 Projects 标签页的新建工程按钮；
• 在弹出的检索框中搜索 adc_dt 示例工程，回车加载；

• 点击添加 Add Build 构建方案，选择 Zephy Direction Only，选择目标开发板 fpb_ra6e2 ，其他配置选项 Don't Set ；

• 点击添加 Runner，选择 Jlink，回车确认；

工程代码

打开 .\Zephyr\adc_dt\src\main.c 主程序文件，代码如下

/*
 * Copyright (c) 2020 Libre Solar Technologies GmbH
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 */

#include <inttypes.h>
#include <stddef.h>
#include <stdint.h>

#include <zephyr/device.h>
#include <zephyr/devicetree.h>
#include <zephyr/drivers/adc.h>
#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/sys/printk.h>
#include <zephyr/sys/util.h>

#if !DT_NODE_EXISTS(DT_PATH(zephyr_user)) || \
	!DT_NODE_HAS_PROP(DT_PATH(zephyr_user), io_channels)
#error "No suitable devicetree overlay specified"
#endif

#define DT_SPEC_AND_COMMA(node_id, prop, idx) \
	ADC_DT_SPEC_GET_BY_IDX(node_id, idx),

/* Data of ADC io-channels specified in devicetree. */
static const struct adc_dt_spec adc_channels[] = {
	DT_FOREACH_PROP_ELEM(DT_PATH(zephyr_user), io_channels,
			     DT_SPEC_AND_COMMA)
};

int main(void)
{
	int err;
	uint32_t count = 0;
	uint16_t buf;
	struct adc_sequence sequence = {
		.buffer = &buf,
		/* buffer size in bytes, not number of samples */
		.buffer_size = sizeof(buf),
	};

	/* Configure channels individually prior to sampling. */
	for (size_t i = 0U; i < ARRAY_SIZE(adc_channels); i++) {
		if (!adc_is_ready_dt(&adc_channels[i])) {
			printk("ADC controller device %s not ready\n", adc_channels[i].dev->name);
			return 0;
		}

		err = adc_channel_setup_dt(&adc_channels[i]);
		if (err < 0) {
			printk("Could not setup channel #%d (%d)\n", i, err);
			return 0;
		}
	}

#ifndef CONFIG_COVERAGE
	while (1) {
#else
	for (int k = 0; k < 10; k++) {
#endif
		printk("ADC reading[%u]:\n", count++);
		for (size_t i = 0U; i < ARRAY_SIZE(adc_channels); i++) {
			int32_t val_mv;

			printk("- %s, channel %d: ",
			       adc_channels[i].dev->name,
			       adc_channels[i].channel_id);

			(void)adc_sequence_init_dt(&adc_channels[i], &sequence);

			err = adc_read_dt(&adc_channels[i], &sequence);
			if (err < 0) {
				printk("Could not read (%d)\n", err);
				continue;
			}

			/*
			 * If using differential mode, the 16 bit value
			 * in the ADC sample buffer should be a signed 2's
			 * complement value.
			 */
			if (adc_channels[i].channel_cfg.differential) {
				val_mv = (int32_t)((int16_t)buf);
			} else {
				val_mv = (int32_t)buf;
			}
			printk("%"PRId32, val_mv);
			err = adc_raw_to_millivolts_dt(&adc_channels[i],
						       &val_mv);
			/* conversion to mV may not be supported, skip if not */
			if (err < 0) {
				printk(" (value in mV not available)\n");
			} else {
				printk(" = %"PRId32" mV\n", val_mv);
			}
		}

		k_sleep(K_MSEC(1000));
	}
	return 0;
}

保存代码。

配置文件

新建 .\Zephyr\adc_dt\boards\fpb_ra6e2.overlay 文件，并添加如下代码

/ {
	zephyr,user {
		io-channels = <&adc0 0>, <&adc0 1>, <&adc0 2>;
	};
};

&adc0 {
	status = "okay";
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <0>;

	channel@0 {
		reg = <0>;
		zephyr,gain = "ADC_GAIN_1";
		zephyr,reference = "ADC_REF_INTERNAL";
		zephyr,resolution = <12>;
		zephyr,acquisition-time = <ADC_ACQ_TIME_DEFAULT>;
		zephyr,vref-mv = <3300>;
	};

	channel@1 {
		reg = <1>;
		zephyr,gain = "ADC_GAIN_1";
		zephyr,reference = "ADC_REF_INTERNAL";
		zephyr,resolution = <12>;
		zephyr,acquisition-time = <ADC_ACQ_TIME_DEFAULT>;
		zephyr,vref-mv = <3300>;
	};

	channel@2 {
		reg = <2>;
		zephyr,gain = "ADC_GAIN_1";
		zephyr,reference = "ADC_REF_INTERNAL";
		zephyr,resolution = <12>;
		zephyr,acquisition-time = <ADC_ACQ_TIME_DEFAULT>;
		zephyr,vref-mv = <3300>;
	};
};

保存代码。

编译上传

代码和配置完成后，点击 Devicetree Overlay 选项添加配置文件，

• 选择 .\Zephyr\adc_dt\boards\fpb_ra6e2.overlay 配置文件；
• 在顶部窗口选择覆盖板端文件；

• 点击 Build 执行工程编译；
• 点击 Flash jlink 执行固件上传。

效果演示

使用 Serial Monitor 插件连接 J-LINK 虚拟串口，波特率115200，可获取引脚对应的 ADC 电压数据；

通过接地或电源可采集实时电压值；

总结

本文介绍了瑞萨 FPB-RA6E2 开发板使用 Zephyr 开发环境结合 VS Code 获取多通道 ADC 电压并串口打印的项目设计，为相关产品的快速开发和应用设计提供了参考。