警告

This document is not updated for ESP32P4 yet, so some of the content may not be correct.

This warning was automatically inserted due to the source file being in the add_warnings_pages list.

模数转换器 (ADC) 单次转换模式驱动

[English]

简介

模数转换器集成于芯片，支持测量特定模拟 IO 管脚的模拟信号。

ESP32-P4 有两个 ADC 单元，可以在以下场景使用：

生成 ADC 单次转换结果

生成连续 ADC 转换结果

本指南介绍了 ADC 单次转换模式。

功能概述

下文将分节概述安装和运行 ADC 的基本步骤：

资源分配 - 介绍获取 ADC 句柄所需设置的参数，以及如何在 ADC 完成工作后回收资源。
配置 ADC 单元实例 - 介绍配置 ADC 单元所需设置的参数，用于获取 ADC 转换的原始结果。
读取转换结果 - 介绍如何获取 ADC 转换的原始结果。
硬件限制 - 介绍与 ADC 相关的硬件限制。
电源管理 - 介绍电源管理的相关内容。
IRAM 安全 - 介绍在禁用 cache 时，如何读取 ADC 转换的原始结果。
线程安全 - 介绍由驱动程序认证为线程安全的 API。
Kconfig 选项 - 介绍支持的 Kconfig 选项，不同选项对驱动程序的操作会产生不同影响。

资源分配

ADC 单次转换模式驱动基于 ESP32-P4 SAR ADC 模块实现，不同的 ESP 芯片可能拥有不同数量的独立 ADC。对于单次转换模式驱动而言，ADC 实例以 adc_oneshot_unit_handle_t 表示。

请设置所需的初始配置结构体 adc_oneshot_unit_init_cfg_t 安装 ADC 实例，具体如下：

adc_oneshot_unit_init_cfg_t::unit_id 选择 ADC。请参阅技术规格书，了解对应 ADC 的专用模拟 IO 管脚。
adc_oneshot_unit_init_cfg_t::clk_src 选择 ADC 的时钟源。设置为 0 时，驱动程序将使用默认时钟源，详情请参阅 adc_oneshot_clk_src_t。
adc_oneshot_unit_init_cfg_t::ulp_mode 设置是否支持 ADC 在 ULP 模式下工作。

完成 ADC 初始配置后，使用已设置的初始配置结构体 adc_oneshot_unit_init_cfg_t 调用 adc_oneshot_new_unit()。如果分配成功，该函数将返回 ADC 单元实例句柄。

该函数可能因参数无效、内存不足等原因返回错误代码。比如，当要分配的 ADC 实例已经注册时，该函数会返回 ESP_ERR_NOT_FOUND 错误。可用 ADC 数量可通过 SOC_ADC_PERIPH_NUM 查看。

如果不再需要先前创建的 ADC 单元实例，请调用 adc_oneshot_del_unit() 回收该实例，相关的硬件和软件资源也会回收。

在普通单次转换模式下创建 ADC 单元实例句柄

adc_oneshot_unit_handle_t adc1_handle;
adc_oneshot_unit_init_cfg_t init_config1 = {
    .unit_id = ADC_UNIT_1,
    .ulp_mode = ADC_ULP_MODE_DISABLE,
};
ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_new_unit(&init_config1, &adc1_handle));

回收 ADC 单元实例

ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_del_unit(adc1_handle));

配置 ADC 单元实例

创建 ADC 单元实例后，请设置 adc_oneshot_chan_cfg_t 配置 ADC IO 以测量模拟信号，具体如下：

adc_oneshot_chan_cfg_t::atten，ADC 衰减。请参阅技术参考手册 > 片上传感器与模拟信号处理。
adc_oneshot_chan_cfg_t::bitwidth，原始转换结果的位宽。

备注

ADC IO 及其对应的 ADC 通道编号，请参阅技术规格书。

此外，可以使用 adc_continuous_io_to_channel() 和 adc_continuous_channel_to_io() 了解 ADC 通道和 ADC IO。

为使以上设置生效，请使用上述配置结构体调用 adc_oneshot_config_channel()，并指定要配置的 ADC 通道。函数 adc_oneshot_config_channel() 支持多次调用，以配置不同的 ADC 通道。驱动程序将在内部保存每个通道的配置。

配置两个 ADC 通道

adc_oneshot_chan_cfg_t config = {
    .bitwidth = ADC_BITWIDTH_DEFAULT,
    .atten = ADC_ATTEN_DB_12,
};
ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_config_channel(adc1_handle, EXAMPLE_ADC1_CHAN0, &config));
ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_config_channel(adc1_handle, EXAMPLE_ADC1_CHAN1, &config));

读取转换结果

完成上述配置后，ADC 即可测量来自配置好的 ADC 通道的模拟信号。调用 adc_oneshot_read() 可以获取 ADC 通道的原始转换结果。

adc_oneshot_read() 可安全使用。ADC 由其他驱动程序/外设共享，请参阅硬件限制。函数 adc_oneshot_read() 使用互斥锁，避免与其他函数同时使用硬件，因此该函数不应在 ISR 上下文中使用。当 ADC 由其他驱动程序/外设占用时，该函数可能出错，并返回 ESP_ERR_TIMEOUT 错误。此时，ADC 原始结果无效。

该函数可能因参数无效而调用失败。

通过该函数获取的 ADC 转换结果为原始数据。可以使用以下公式，根据 ADC 原始结果计算电压：

Vout = Dout * Vmax / Dmax       (1)

其中：

Vout	数字输出结果，代表电压。
Dout	ADC 原始数字读取结果。
Vmax	可测量的最大模拟输入电压，与 ADC 衰减相关，请参考技术参考手册 > `片上传感器与模拟信号处理`。
Dmax	输出 ADC 原始数字读取结果的最大值，即 2^位宽，位宽即之前配置的 `adc_digi_pattern_config_t::bit_width`。

若需进一步校准，将 ADC 原始结果转换为以 mV 为单位的电压数据，请参考校准文档模数转换器 (ADC) 校准驱动程序。

读取原始结果

ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_read(adc1_handle, EXAMPLE_ADC1_CHAN0, &adc_raw[0][0]));
ESP_LOGI(TAG, "ADC%d Channel[%d] Raw Data: %d", ADC_UNIT_1 + 1, EXAMPLE_ADC1_CHAN0, adc_raw[0][0]);

ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_read(adc1_handle, EXAMPLE_ADC1_CHAN1, &adc_raw[0][1]));
ESP_LOGI(TAG, "ADC%d Channel[%d] Raw Data: %d", ADC_UNIT_1 + 1, EXAMPLE_ADC1_CHAN1, adc_raw[0][1]);

硬件限制

随机数生成器 (RNG) 以 ADC 为输入源。使用 ADC 单次转换模式驱动从 RNG 生成随机数时，随机性会减弱。

一个 ADC 单元每次只能在一种操作模式下运行，可以是连续模式或单次模式。adc_oneshot_start() 提供了保护措施。

电源管理

启用电源管理，即启用 CONFIG_PM_ENABLE 时，系统在空闲状态下可能会调整系统时钟频率。然而，ADC 单次转换模式驱动以轮询例程运行，adc_oneshot_read() 会不断检查 CPU 是否完成读取，直到函数返回。在此期间，ADC 单次转换模式驱动程序所在的任务不会受阻塞。因此，在读取时时钟频率保持稳定。

IRAM 安全

flash 写入/擦除、OTA 等原因都可能导致 cache 禁用，此时，默认不应运行任何 ADC 单次转换模式驱动 API。如果在禁用 cache 时执行了 ADC 单次转换模式驱动 API，可能会出现类似 Illegal Instruction 或 Load/Store Prohibited 的错误。

上述函数均为线程安全，使用时，可以直接从不同的 RTOS 任务中调用以上函数，无需额外锁保护。

adc_oneshot_del_unit() 非线程安全。此外，与上文中线程安全的函数一起调用该函数时，可能导致线程安全函数的调用出错。

Kconfig 选项

CONFIG_ADC_ONESHOT_CTRL_FUNC_IN_IRAM 决定了放置 ADC 快速读取函数的位置，即 IRAM 或 flash 中，详情请参阅 IRAM 安全。

应用示例

ADC 单次转换模式示例：peripherals/adc/oneshot_read。

API 参考

Header File

components/hal/include/hal/adc_types.h
This header file can be included with:
#include "hal/adc_types.h"

Structures

struct adc_digi_pattern_config_t

ADC digital controller pattern configuration.

Public Members

uint8_t atten: Attenuation of this ADC channel.

uint8_t channel: ADC channel.

uint8_t unit: ADC unit.

uint8_t bit_width: ADC output bit width.

struct adc_digi_output_data_t

ADC digital controller (DMA mode) output data format. Used to analyze the acquired ADC (DMA) data.

Public Members

uint32_t data: ADC real output data info. Resolution: 12 bit.

uint32_t reserved12: Reserved12.

uint32_t channel: ADC channel index info. If (channel < ADC_CHANNEL_MAX), The data is valid. If (channel > ADC_CHANNEL_MAX), The data is invalid.

uint32_t unit: ADC unit index info. 0: ADC1; 1: ADC2.

uint32_t reserved17_31: Reserved17.

struct adc_digi_output_data_t::[anonymous]::[anonymous] type2: When the configured output format is 12bit.

uint32_t val: Raw data value

Type Definitions

typedef soc_periph_adc_digi_clk_src_t adc_oneshot_clk_src_t: Clock source type of oneshot mode which uses digital controller.

typedef soc_periph_adc_digi_clk_src_t adc_continuous_clk_src_t: Clock source type of continuous mode which uses digital controller.

Enumerations

enum adc_unit_t

ADC unit.

Values:

enumerator ADC_UNIT_1: SAR ADC 1.

enumerator ADC_UNIT_2: SAR ADC 2.

enum adc_channel_t

ADC channels.

Values:

enumerator ADC_CHANNEL_0: ADC channel.

enumerator ADC_CHANNEL_1: ADC channel.

enumerator ADC_CHANNEL_2: ADC channel.

enumerator ADC_CHANNEL_3: ADC channel.

enumerator ADC_CHANNEL_4: ADC channel.

enumerator ADC_CHANNEL_5: ADC channel.

enumerator ADC_CHANNEL_6: ADC channel.

enumerator ADC_CHANNEL_7: ADC channel.

enumerator ADC_CHANNEL_8: ADC channel.

enumerator ADC_CHANNEL_9: ADC channel.

enum adc_atten_t

ADC attenuation parameter. Different parameters determine the range of the ADC.

Values:

enumerator ADC_ATTEN_DB_0: No input attenuation, ADC can measure up to approx.

enumerator ADC_ATTEN_DB_2_5: The input voltage of ADC will be attenuated extending the range of measurement by about 2.5 dB.

enumerator ADC_ATTEN_DB_6: The input voltage of ADC will be attenuated extending the range of measurement by about 6 dB.

enumerator ADC_ATTEN_DB_12: The input voltage of ADC will be attenuated extending the range of measurement by about 12 dB.

enumerator ADC_ATTEN_DB_11: This is deprecated, it behaves the same as ADC_ATTEN_DB_12

enum adc_bitwidth_t

Values:

enumerator ADC_BITWIDTH_DEFAULT: Default ADC output bits, max supported width will be selected.

enumerator ADC_BITWIDTH_9: ADC output width is 9Bit.

enumerator ADC_BITWIDTH_10: ADC output width is 10Bit.

enumerator ADC_BITWIDTH_11: ADC output width is 11Bit.

enumerator ADC_BITWIDTH_12: ADC output width is 12Bit.

enumerator ADC_BITWIDTH_13: ADC output width is 13Bit.

enum adc_ulp_mode_t

Values:

enumerator ADC_ULP_MODE_DISABLE: ADC ULP mode is disabled.

enumerator ADC_ULP_MODE_FSM: ADC is controlled by ULP FSM.

enumerator ADC_ULP_MODE_RISCV: ADC is controlled by ULP RISCV.

enum adc_digi_convert_mode_t

ADC digital controller (DMA mode) work mode.

Values:

enumerator ADC_CONV_SINGLE_UNIT_1: Only use ADC1 for conversion.

enumerator ADC_CONV_SINGLE_UNIT_2: Only use ADC2 for conversion.

enumerator ADC_CONV_BOTH_UNIT: Use Both ADC1 and ADC2 for conversion simultaneously.

enumerator ADC_CONV_ALTER_UNIT: Use both ADC1 and ADC2 for conversion by turn. e.g. ADC1 -> ADC2 -> ADC1 -> ADC2 .....

enum adc_digi_output_format_t

ADC digital controller (DMA mode) output data format option.

Values:

enumerator ADC_DIGI_OUTPUT_FORMAT_TYPE1: See adc_digi_output_data_t.type1

enumerator ADC_DIGI_OUTPUT_FORMAT_TYPE2: See adc_digi_output_data_t.type2

enum adc_digi_iir_filter_t

ADC IIR Filter ID.

Values:

enumerator ADC_DIGI_IIR_FILTER_0: Filter 0.

enumerator ADC_DIGI_IIR_FILTER_1: Filter 1.

enum adc_digi_iir_filter_coeff_t

IIR Filter Coefficient.

Values:

enumerator ADC_DIGI_IIR_FILTER_COEFF_2: The filter coefficient is 2.

enumerator ADC_DIGI_IIR_FILTER_COEFF_4: The filter coefficient is 4.

enumerator ADC_DIGI_IIR_FILTER_COEFF_8: The filter coefficient is 8.

enumerator ADC_DIGI_IIR_FILTER_COEFF_16: The filter coefficient is 16.

enumerator ADC_DIGI_IIR_FILTER_COEFF_64: The filter coefficient is 64.

enum adc_monitor_id_t

ADC monitor (continuous mode) ID.

Values:

enumerator ADC_MONITOR_0: The monitor index 0.

enumerator ADC_MONITOR_1: The monitor index 1.

enum adc_monitor_mode_t

Monitor config/event mode type.

Values:

enumerator ADC_MONITOR_MODE_HIGH: ADC raw_result > threshold value, monitor interrupt will be generated.

enumerator ADC_MONITOR_MODE_LOW: ADC raw_result < threshold value, monitor interrupt will be generated.

Header File

components/esp_adc/include/esp_adc/adc_oneshot.h
This header file can be included with:
#include "esp_adc/adc_oneshot.h"
This header file is a part of the API provided by the esp_adc component. To declare that your component depends on esp_adc, add the following to your CMakeLists.txt:
REQUIRES esp_adc
or
PRIV_REQUIRES esp_adc

Functions

esp_err_t adc_oneshot_new_unit(const adc_oneshot_unit_init_cfg_t *init_config, adc_oneshot_unit_handle_t *ret_unit)

Create a handle to a specific ADC unit.

备注

This API is thread-safe. For more details, see ADC programming guide

参数

init_config -- [in] Driver initial configurations
ret_unit -- [out] ADC unit handle

返回

ESP_OK: On success
ESP_ERR_INVALID_ARG: Invalid arguments
ESP_ERR_NO_MEM: No memory
ESP_ERR_NOT_FOUND: The ADC peripheral to be claimed is already in use
ESP_FAIL: Clock source isn't initialised correctly

esp_err_t adc_oneshot_config_channel(adc_oneshot_unit_handle_t handle, adc_channel_t channel, const adc_oneshot_chan_cfg_t *config)

Set ADC oneshot mode required configurations.

备注

This API is thread-safe. For more details, see ADC programming guide

参数

handle -- [in] ADC handle
channel -- [in] ADC channel to be configured
config -- [in] ADC configurations

返回

ESP_OK: On success
ESP_ERR_INVALID_ARG: Invalid arguments

esp_err_t adc_oneshot_read(adc_oneshot_unit_handle_t handle, adc_channel_t chan, int *out_raw)

Get one ADC conversion raw result.

备注

This API is thread-safe. For more details, see ADC programming guide

备注

This API should NOT be called in an ISR context

参数

handle -- [in] ADC handle
chan -- [in] ADC channel
out_raw -- [out] ADC conversion raw result

返回

ESP_OK: On success
ESP_ERR_INVALID_ARG: Invalid arguments
ESP_ERR_TIMEOUT: Timeout, the ADC result is invalid

esp_err_t adc_oneshot_del_unit(adc_oneshot_unit_handle_t handle)

Delete the ADC unit handle.

备注

This API is thread-safe. For more details, see ADC programming guide

参数

handle -- [in] ADC handle

返回

ESP_OK: On success
ESP_ERR_INVALID_ARG: Invalid arguments
ESP_ERR_NOT_FOUND: The ADC peripheral to be disclaimed isn't in use

esp_err_t adc_oneshot_io_to_channel(int io_num, adc_unit_t *const unit_id, adc_channel_t *const channel)

Get ADC channel from the given GPIO number.

参数

io_num -- [in] GPIO number
unit_id -- [out] ADC unit
channel -- [out] ADC channel

返回

ESP_OK: On success
ESP_ERR_INVALID_ARG: Invalid argument
ESP_ERR_NOT_FOUND: The IO is not a valid ADC pad

esp_err_t adc_oneshot_channel_to_io(adc_unit_t unit_id, adc_channel_t channel, int *const io_num)

Get GPIO number from the given ADC channel.

参数

unit_id -- [in] ADC unit
channel -- [in] ADC channel
io_num -- [out] GPIO number
- -- ESP_OK: On success
- ESP_ERR_INVALID_ARG: Invalid argument

esp_err_t adc_oneshot_get_calibrated_result(adc_oneshot_unit_handle_t handle, adc_cali_handle_t cali_handle, adc_channel_t chan, int *cali_result)

Convenience function to get ADC calibrated result.

This is an all-in-one function which does:

oneshot read ADC raw result
calibrate the raw result and convert it into calibrated result (in mV)

参数

handle -- [in] ADC oneshot handle, you should call adc_oneshot_new_unit() to get this handle
cali_handle -- [in] ADC calibration handle, you should call adc_cali_create_scheme_x() in adc_cali_scheme.h to create a handle
chan -- [in] ADC channel
cali_result -- [out] Calibrated ADC result (in mV)

返回

ESP_OK Other return errors from adc_oneshot_read() and adc_cali_raw_to_voltage()

Structures

struct adc_oneshot_unit_init_cfg_t

ADC oneshot driver initial configurations.

Public Members

adc_unit_t unit_id: ADC unit.

adc_oneshot_clk_src_t clk_src: Clock source.

adc_ulp_mode_t ulp_mode: ADC controlled by ULP, see adc_ulp_mode_t

struct adc_oneshot_chan_cfg_t

ADC channel configurations.

Public Members

adc_atten_t atten: ADC attenuation.

adc_bitwidth_t bitwidth: ADC conversion result bits.

Type Definitions

typedef struct adc_oneshot_unit_ctx_t *adc_oneshot_unit_handle_t: Type of ADC unit handle for oneshot mode.

此文档对您有帮助吗？

反馈已收到，谢谢！
如果您有其他意见，欢迎填写乐鑫文档反馈表。

我们重视您的反馈。
您可以填写乐鑫文档反馈表告诉我们如何改进该文档。