瑞萨RA系列FSP库开发实战指南之ADC扫描模式和转换时间

25.3

ADC扫描模式

在ADC单元0中有多达13个模拟输入通道，而在ADC 单元1中有多达16个模拟输入通道，两个ADC单元加起来总共就拥有了29个ADC通道，但是实际上ADC 单元0和ADC单元1分别有3个通道只能连接到相同的引脚，所以实际上能同时使用的通道数量为26个，加上还有内部的温度传感器输出等特殊通道。

这么多的ADC通道我们该如何使用它们呢？在这里我们引入“扫描模式”的概念，在使用ADC外设时，我们必须首先配置其扫描模式，使得ADC按照特定扫描模式的方式进行ADC转换。

ADC外设有三种扫描模式，分别为：单次扫描模式、连续扫描模式和组扫描模式。在FSP配置器中，用户可以为ADC模块设置为三种扫描模式当中的其中一种，如下图所示。

点击查看大图

单次扫描模式：在单次扫描下，每一次触发将扫描一个或多个指定通道。

连续扫描模式：在连续扫描下，首先需要一次触发，然后一个或多个指定的通道会被重复连续进行扫描，直到软件调用函数R_ADC_ScanStop()停止扫描。

分组扫描模式：将所选择的模拟输入通道分为A组和B组，然后按组对所选择的模拟输入通道进行一次A/D转换。A、B组可独立选择扫描启动条件，可独立启动A、B组的A/D转换。

在每种模式中，模拟通道按通道数的升序进行转换，然后扫描温度传感器和电压传感器（如果它们也被勾选了的话）。每一种扫描模式都有着它的优点和缺点，但具体使用什么模式进行ADC转换，就需要通过我们的项目的需求需要什么样的效果来决定。

25.3.1

单次扫描模式

在单次扫描模式转换期间，我们可以通过ADST为来判断ADC是否处在工作状态，在ADC转换的期间ADST为将一直保持为1，当所有选定通道的ADST 转换完成时，将自动设置为0。然后ADC将进入一个等待状态。

当ADCSR.ADST位通过软件触发器、同步触发器输入（ELC）和异步触发器输入被置1的时候，ADC转换开始。对在ADANSA0和ADANSA1寄存器中选择的ANn通道进行A/D转换，从编号最小的n的通道开始。

每当单个信道的A/D转换完成时，A/D转换结果都被存储在关联的A/D数据寄存器（ADDRy）中。

当所有选定通道的A/D转换完成时，将生成一个ADC12i_ADI（i=0,1）中断请求。

25.3.2

连续扫描模式

在连续扫描模式下，对指定信道的模拟输入重复执行A/D转换。这里的ADCSR.ADST位不会自动清除，只要ADCSR.ADST位保持1时就会一直的重复步骤2、步骤3、步骤4，直到ADCSR.ADST位通过软件被置0时ADC单元转换才会停止，之后ADC单元进入等待状态。

当ADCSR.ADST位通过软件触发器、同步触发器输入（ELC）和异步触发器输入被置1的时候，ADC转换开始。对在ADANSA0和ADANSA1寄存器中选择的ANn通道进行A/D转换，从编号最小的n的通道开始。

每当单个信道的A/D转换完成时，A/D转换结果都被存储在关联的A/D数据寄存器（ADDRy）中。

当所有选定通道的A/D转换完成时，将生成一个ADC12i_ADI（i=0,1）中断请求。

对在ADANSA0和ADANSA1寄存器中选择的ANn通道进行A/D转换，从编号最小的n的通道开始。

25.3.3

组扫描模式

在分组扫描模式下，应用程序将通道分配给两个组：组A和组B当中的一个。可以为这些组分配不同的启动触发器，分别选择A、B两组的开始扫描条件，当接收到该组的指定ELC启动触发器时，转换开始。并且组A可以设置为优先于组B，当A组优先于B组时，A组触发器将暂停正在进行的B组扫描。

我们以ELC为例子：使用GPT作为A组的触发源，并使用A组作为B组的触发源。

当ELC0上的GPT触发ELC_ADC（A组）时，A组的ADC开始转换。

当组A扫描完成时，将生成一个ADC12i_ADI（i=0,1）中断。

B组的扫描由ELC_ADC（A组）开始。

当B组扫描完成时，如果ADCSR.GBADIE位为1时将生成一个ADC12i_GBADI（i=0,1）中断。

25.4

ADC转换时间

25.4.1

ADC时钟

当使用ADC时，ADC转换时钟（ADCLK）必须至少为1MHz。并且，在使用ADC时很多RA MCU一般也有PCLK比率限制。

RA6M5和RA4M2的AD转换时钟是由PCLKC经过分频产生，PCLKA和PCLKC（ADCLK）的分频比可以设置为1:1，2:1，4:1，8:1，1:2，1:4。当使用50 MHz时钟的时候12-bit AD转换时间为0.4μs。

RA2L1的AD转换时钟是由PCLKD经过分频产生，PCLKB和PCLKD（ADCLK）的分频比可以设置为1:1，1:2，1:4。在正常转换模式下，当使用64MHz 时钟的时候12-bit AD转换时间为0.7μs；在快速转换模式下，当使用48MHz时钟的时候12-bit AD转换时间为0.67μs。

25.4.2

采样时间

点击查看大图

扫描转换时间（tSCAN）包括：扫描开始时间（tD）、断开检测辅助处理时间（tDIS）*1、自诊断A/D转换处理时间（tDIAG和tDSD）*2、A/D转换处理时间（tCONV）、扫描结束时间（tED）。

A/D转换处理时间（tCONV）由输入采样时间（tSPL）和逐次逼近转换时间（tSAM）组成。

采样时间（tSPL）用于在A/D转换器中对采样和保持电路充电。如果由于模拟输入信号源的高阻抗而没有足够的采样时间，或者如果A/D转换时钟（ADCLK）很慢，可以使用ADSSTRn寄存器来调整采样时间。

由逐次逼近（tSAM）转换的时间如下：

12位精度需要13个ADCLK

状态10位精度需要11个ADCLK

状态8位精度需要9个ADCLK

选择通道数为n的单次描模式下的扫描转换时间（tSCAN）可确定为：

连续扫描模式下第一个周期的扫描转换时间为单次扫描减去tED的tSCAN。连续扫描模式下第二次及后续周期的扫描转换时间固定如下：

25.5

电压值转换

模拟电压经过ADC转换后，是一个12位的数字值，如果通过串口以16进制打印出来的话，可读性比较差，那么有时候我们就需要把数字电压转换成模拟电压，也可以跟实际的模拟电压（用万用表测）对比，看看转换是否准确。

一般在设计硬件原理图的时候会把ADC的输入电压范围设定在：0~3.3V。若设置ADC的分辨率是12位的，那么12位满量程对应的电压就是3.3V，12位满量程对应的数字值是：2^12，数值0对应的就是0V。假设转换后的数值为X，X对应的模拟电压为Y，那么会有这么一个等式成立：

因此在ADC转换完成之后，我们可以调用FSP库函数R_ADC_Read()，从ADC的数据寄存器里读出上述等式中X的值，从而再经过计算得出对应的电压值。