diff --git a/README.md b/README.md index 72e217c..5e5e862 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -14,5 +14,5 @@ 6. 第5章：[定时器](book/05：定时器/01.md) 7. 第6章：[串口通信](book/06：串口通信/01.md) 8. 第7章：[FreeRTOS](book/07：FreeRTOS/01.md) -9. 第8章：补充-[显示器](book/08：显示器/01.md) +9. 第8章：[补充内容](book/08：补充内容/01.md) diff --git a/book/08：显示器/01.md b/book/08：显示器/01.md deleted file mode 100644 index e69de29..0000000 diff --git a/book/08：补充内容/01.md b/book/08：补充内容/01.md new file mode 100644 index 0000000..4ed68cb --- /dev/null +++ b/book/08：补充内容/01.md @@ -0,0 +1,179 @@ +# 1. ADC + +## 1.1. ADC基本原理 + +什么是ADC（Analog-to-Digital Converter）？模拟信号转换为数字信号通过测量模拟信号的电压，把电压值转换成数字进行后续的操作。 + +ADC的本质是通过测量电压值来获得被测信号的电压幅值，并保存成一个数值。通过这种机制，不仅可以测电压，还可以测电阻、电容、电感、压力、温度等，只要这些被测量通过一个传感器可以和电压之间产生某种函数关系。 + +对电压进行测量后保存到的有效数据的位数被叫做精度，例如8位精度可以有256个值，10位精度的有1024个值；该MCU的ADC精度是12位的，有4096个值； + +另外，ADC中还有个重要的概念叫做参考电压，也就是测量电压的基准。在该芯片中，内部基准电压叫做 Vrefint，经查阅资料应该是2.048V，也就是说ADC最高能检测的电压是2048V。如果按照12位精度采样，那得到的分辨率是0.0005V。 + +> 问题：如果电压高于2.048V应该如何进行检测？ + +![image-20241013171356277](./img/image-20241013171356277.png) + +以上是ADC的内部框图，我们关注主要的是Vref、GPIO、ADC中断、DMA请求、ADCCLK。目前我们使用内部基准，通过GPIO采集电压，然后使用轮询模式读取电压值。其他方式还包括中断方式和DMA方式。 + +开发板内部有两个ADC的测试： + +![image-20241013171711301](./img/image-20241013171711301.png) + +一个是温度热电偶，另外一个是电位器。具体使用我们在后面说明。 + +扩展阅读： + +[ADC原理](https://www.bilibili.com/video/BV1BV4y1V7nE/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=3c8e333d6657680a469ddf0238f01d6a) + +## 1.2. PCM + +PCM是一种通过波形幅值测量和对信号进行数字化的一种方案： + +![image-20241013172118023](./img/image-20241013172118023.png) + +[PCM视频讲解](https://www.bilibili.com/video/BV1yb4y1M7a2/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=3c8e333d6657680a469ddf0238f01d6a) + +模拟信号通过间隔时间采样得到每个点的幅值，然后进行保存和处理。计算机中常见的wav格式就是PCM采样后的文件。衡量PCM的指标有两个：采样率和精度（ADC精度）。一般采样率越高越好，信号的失真越小，但是存储的空间越大。一般来说，采样率不能低于最高频率的两倍，因此以前常见的音频采样率是44k（声音最高20k），目前还有96k以上的高保真。 + +## 1.3. 实例NTC温度测试 + +任务描述：通过NTC测量环境温度，并通过串口打印出来。 + +NTC 又叫热敏电阻，温度的变化会改变其电阻值。通过这一特性，结合ADC就可以测量温度。 + +开发版的NTC是如下电路： + +![image-20241013183636425](./img/image-20241013183636425.png) + +是接在PA4上面的一个电阻，通过10K的R6形成分压，等效电路如下： +![alt text](img/ntc.drawio.png) + +当NTC的电阻值变化的时候，PA4这个分压点检测到的电压会随之变化。当对这个电压进行ADC转换后，可以反向计算NTC的电阻值，然后根据NTC的电阻和温度的关系可以计算出温度。 + +NTC是附件，与开发板这样连接： + +![ad78bbf910c2747701476e350990a89](./img/ad78bbf910c2747701476e350990a89.jpg) + +### 1.3.1. 配置 + +在引脚配置中，选择PA4，然后选择ADC1_IN4； + +![image-20241013185308417](./img/image-20241013185308417.png) + +设置ADC参数： + +![image-20241013191944257](./img/image-20241013191944257.png) + +Continuous Conversion Mode设为Enable，使ADC转换持续进行，不需要每次获取之前手动触发转换；ADC_Regular_ConversionMode -> Rank -> Sampling Time设为239.5 Cycles，最长采样时间，可以获得更稳定的转换结果。 + +打开串口2 + +在菜单：project Properties -> C/C++ Build -> Settings -> Tool Settings -> MCU Settings，勾选Use float with printf ... + +![image-20241013192823116](./img/image-20241013192823116.png) + +这样printf就可以打印小数。 + +### 1.3.2. 代码编写 + +在 inc 目录新建一个头文件 NTC.h，因为后面还会使用到NTC的一些功能； + +```h +#ifndef INC_NTC_H_ +#define INC_NTC_H_ + +#include "main.h" +#include "math.h" + +extern float NTC_Temperature; + +float ADC2Resistance(uint32_t adc_value); +float resistance2Temperature(float R1); + +#endif /* INC_NTC_H_ */ + +``` + +在 src 目录新建 NTC.c 文件，这个文件是NTC转换成温度的一些函数。 + +```c +/** + * @brief 通过ADC值计算NTC电阻 + * + * @param adc_value ADC原始值 [0, 4095] + * @retval 返回NTC电阻值，浮点数类型，单位Ω + */ + +#include "NTC.h" + +float NTC_Temperature; + +float ADC2Resistance(uint32_t adc_value) { + return (adc_value / (4096.0f - adc_value)) * 10000.0f; +} +/** + * @brief 通过NTC电阻反推温度 + * + * @param R1 NTC电阻值 + * @retval 返回温度，float类型，单位摄氏度 + */ +float resistance2Temperature(float R1) { + float B = 3950.0f; + float R2 = 10000.0f; + float T2 = 25.0f; + return (1.0 / ((1.0 / B) * log(R1 / R2) + (1.0 / (T2 + 273.15))) - 273.15); +} +``` + +以下是 main.c文件的内容： + +在 USER CODE BEGIN Includes 代码段引入头文件 + +```c +/* USER CODE BEGIN Includes */ +#include +#include +#include "NTC.h" +/* USER CODE END Includes */ +``` + +在 USER CODE BEGIN 2 代码段加入如下内容： + +```c + /* USER CODE BEGIN 2 */ + char send_buf[50] = { 0 }; + uint16_t adc_result = 0; + float ntc_resistance = 0.0f; + float temperature = 0.0f; + HAL_ADC_Start(&hadc1); // 开始连续ADC转换 + HAL_Delay(500); // 等待ADC稳定 + + /* USER CODE END 2 */ +``` + +完善主函数的循环： + +```c +/* USER CODE BEGIN WHILE */ + while (1) { + + adc_result = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); // 获取ADC值 + ntc_resistance = ADC2Resistance(adc_result); // 获取ADC值 + temperature = resistance2Temperature(ntc_resistance); // 获取ADC值 + sprintf(send_buf, "阻值%.1f Ω，温度: %.2f ℃\r\n", ntc_resistance, + temperature); // 将变量打印为字符串 + HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*) send_buf, strlen(send_buf), 10); // 通过串口2发送 + HAL_Delay(1000); + /* USER CODE END WHILE */ + + /* USER CODE BEGIN 3 */ + } + /* USER CODE END 3 */ +``` + +### 1.3.3. 代码分析 + +# 2. I2C + +[I2C 温湿度传感器](https://www.bilibili.com/video/BV1QN411D7ak/?spm_id_from=333.788&vd_source=3c8e333d6657680a469ddf0238f01d6a) diff --git a/book/08：补充内容/img/ad78bbf910c2747701476e350990a89.jpg b/book/08：补充内容/img/ad78bbf910c2747701476e350990a89.jpg new file mode 100644 index 0000000..7667d55 Binary files /dev/null and b/book/08：补充内容/img/ad78bbf910c2747701476e350990a89.jpg differ diff --git a/book/08：补充内容/img/image-20241013171017951.png b/book/08：补充内容/img/image-20241013171017951.png new file mode 100644 index 0000000..cfd0f19 Binary files /dev/null and b/book/08：补充内容/img/image-20241013171017951.png differ diff --git a/book/08：补充内容/img/image-20241013171356277.png b/book/08：补充内容/img/image-20241013171356277.png new file mode 100644 index 0000000..7389e14 Binary files /dev/null and b/book/08：补充内容/img/image-20241013171356277.png differ diff --git a/book/08：补充内容/img/image-20241013171711301.png b/book/08：补充内容/img/image-20241013171711301.png new file mode 100644 index 0000000..9f6f43f Binary files /dev/null and b/book/08：补充内容/img/image-20241013171711301.png differ diff --git a/book/08：补充内容/img/image-20241013172118023.png b/book/08：补充内容/img/image-20241013172118023.png new file mode 100644 index 0000000..7f30e26 Binary files /dev/null and b/book/08：补充内容/img/image-20241013172118023.png differ diff --git a/book/08：补充内容/img/image-20241013183636425.png b/book/08：补充内容/img/image-20241013183636425.png new file mode 100644 index 0000000..66e2368 Binary files /dev/null and b/book/08：补充内容/img/image-20241013183636425.png differ diff --git a/book/08：补充内容/img/image-20241013185308417.png b/book/08：补充内容/img/image-20241013185308417.png new file mode 100644 index 0000000..cc9adfb Binary files /dev/null and b/book/08：补充内容/img/image-20241013185308417.png differ diff --git a/book/08：补充内容/img/image-20241013191944257.png b/book/08：补充内容/img/image-20241013191944257.png new file mode 100644 index 0000000..0844580 Binary files /dev/null and b/book/08：补充内容/img/image-20241013191944257.png differ diff --git a/book/08：补充内容/img/image-20241013192823116.png b/book/08：补充内容/img/image-20241013192823116.png new file mode 100644 index 0000000..a159c5c Binary files /dev/null and b/book/08：补充内容/img/image-20241013192823116.png differ diff --git a/book/08：补充内容/img/ntc.drawio.png b/book/08：补充内容/img/ntc.drawio.png new file mode 100644 index 0000000..021404a Binary files /dev/null and b/book/08：补充内容/img/ntc.drawio.png differ