【遙控器開發基礎教程3】瘋殼·開源編隊無人機-ADC（搖桿控制）

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COCOFLY教程

——瘋殼·無人機·系列

ADC（搖桿控制）

  
    圖1


    一、搖桿
    1.1搖桿簡介

    搖桿由于符合人體工學、操作簡單，廣泛應用于各類的玩具中，例如遙控飛機、遙控小車等。如下圖所示為搖桿模塊的實物圖。

   
    圖2
    1.2搖桿原理
    搖桿的根本無非就是兩個電位器，也就是常說的滑動變阻器，一個電位器對應搖桿的上下方向，而另一個電位器則對應左右方向。
    搖桿的引腳一端接上電、一端接上地，另外一端就負責采集電壓的變化值即可，判斷搖桿是往哪個方向撥動。

    二、ADC
    2.1ADC 簡介

    ADC（Analog-to-Digital Converter），模數轉換器即 A/D 轉換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉變為數字信號的電子元件。通常的模數轉換器是將一個輸入電壓信號轉換為一個輸出的數字信號。由于數字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數轉換器都需要一個參考模擬量作為轉換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉換信號大小。而輸出的數字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。

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

   
    圖3
    那么把模擬信號準換成數字信號的過程就稱為 ADC 模數轉換。
    模數轉換器的種類很多，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換成時間或頻率，然后再把這些中間量轉換成數字量，常用的有雙積分型 ADC。直接 ADC 則直接轉換成數字量，常用的有并聯比較型 ADC 和逐次逼近型 ADC。
    并聯比較型 ADC：采用各量級同時并行比較，各位輸出碼也是同時并行產生，所以轉換速度快。并聯比較型 ADC 的缺點是成本高、功耗大。
    逐次逼近型 ADC：它產生一系列比較電壓 VR，但它是逐個產生比較電壓， 逐次與輸入電壓分別比較，以逐漸逼近的方式進行模數轉換的。它比并聯比較型ADC 的轉換速度慢，比雙積分型 ADC 要快得多，屬于中速 ADC 器件。
    雙積分型 ADC：它先對輸入采樣電壓和基準電壓進行兩次積分，獲得與采樣電壓平均值成正比的時間間隔，同時用計數器對標準時鐘脈沖計數。它的優點是抗干擾能力強，穩定性好;主要缺點是轉換速度低。
    ADC 常用的技術指標有：
    （1）采樣精度 ：即分辨率，一般有 8 位、10 位、12 位、16 位等；
    （2）轉換時間 ：即每次采樣所需的時間，表征 ADC  的轉換速度，與 ADC
    的時鐘頻率、采樣周期、轉換周期有關；
    （3）工作電壓 ：需要注意 ADC  的工作電壓范圍、能否直接測量負電壓等；
    （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 ADC  ，這些 ADC 可以獨立使用，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字轉換器。它有18 個通道，可測量 16 個外部和 2 個內部信號源。各通道的 A / D 轉換可以單次、連續、掃描或間斷模式執行。
    ADC 的結果可以左對齊或右對齊方式存儲在 16 位數據寄存器中。(因為在這里 ADC 是 12 位的，還有四位沒有用到，所以存在左/右對齊的方式)。
    STM32F103 系列的 ADC 外部通道和引腳對應的關系，如下圖所示。


  
    表1

    2.3ADC 寄存器

    STM32 的 ADC 相關寄存器較多，這里只講幾個比較重要的寄存器。
    （1）ADC_CR1：模數轉換控制寄存器 1，如下圖所示：

   
    圖4
    其中 RES[1:0]為分辨率設置位，等于 00 時設置 ADC 為 12 位，等于 01 時設置 ADC 為 10 位，10 時設置 ADC 為 8 位，11 時設置 ADC 為 6 位。
    （2）ADC_CR2：模數轉換控制寄存器 2，如下圖所示：

   
    圖5
    其中 ALIGN 為數據對齊位，為 0 數據右對齊，為 1 數據左對齊；CONT 為連續轉換設置位，為 0 單次轉換，為 1 連續轉換；ADON 為 ADC 轉換使能位， 關閉 ADC 轉換，為 1 開啟 ADC 轉換。
    （3）ADC_DR：模數轉換數據寄存器，規則序列寄存器中的 AD 轉化結果都將被存在這個寄存器中，而注入寄存器的轉換結果被存儲在 ADC_DR 中，如下圖所示：

   
    圖6
    其中 DATA[15:0]中存放轉換的數據。

    2.4ADC 搖桿控制實驗

    本節實驗的內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、連接無人機指示燈以及緊急降落指示燈。

    左搖桿往撥電亮電源指示燈、往下撥點亮 cocobit 編程指示燈、往左撥點亮緊急降落指示燈、往右撥點亮連接無人機指示燈。這里采用了 ADC1 多路通道規則 DMA 采集的方式。左搖桿的 ADC 接線原理圖如下圖所示。


   
    圖7
    實驗中會用到 LED，其配置可以參考遙控器開發基礎教程《GPIO》一節。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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2022-7-25 15:19 上傳

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