[嵌入式] 如何使用PDB触发多个ADC通道连续采样

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[嵌入式]如何使用PDB触发多个ADC通道连续采样

1. 外设模块介绍

1.1 PDB模块简介

S32K1的PDB模块全称为Programmable delay block，即可编程的延时模块。PDB模块可以认为是一个不需要消耗CPU资源计数的计时器模块。
S32K14x系列包含2个PDB模块，S32K11x系列包含一个PDB模块。如下表所示，以S32K144为例，每个PDB模块包含2个通道（Slots可以当成通道），每个通道有一个触发器和8个预触发器。
和计时相关的有以下几个寄存器，
- Modulus register (PDB_MOD)，设置计数器的周期，当计数器达到MOD值，计数器会归0，如果使能PDB连续模式。计数器会重新开始计数。
- Counter register (PDB_CNT)，读此寄存器会返回计数器当前的值。
- Interrupt Delay register (PDB_IDLY)，如果使能了PDB中断并且关闭了DMA使能，当计数器的值达到IDLY+1，会产生中断标志。
- Channel n Delay m register (PDB_CHnDLYm)，m的值从0到7，代表了8个预触发器，如果使能了预触发，当计数器的值达到CHnDLYm+1，会置相应标志位为1，如果ADC触发源选择了PDB，还会启动ADC对应通道的转换。
- 特别提醒：对MOD, IDLY, CHnDLYm写的值会预先放入内部缓存中，只有对PDB_SC寄存器的LDOK位写1才会加载这些值。
PDB的触发源有三种：软件触发（对PDB_SC寄存器的SWTRIG位写1），内部触发，外部触发。
PDB的模式，预分频，使能，中断，DMA等基本配置请参考PDB_SC, PDB_CHnC1, PDB_CHnS这些寄存器的描述，此处不展开描述。

1.2 ADC通道

S32K1系列每个子型号的ADC通道数都不一样，使用前建议查询参考手册确定能够使用的通道数，具体型号如下图：
ADC模块的每个index的输入通道配置均由对应的SC1n寄存器的ADCH[5:0]bit配置，主要有以下几种通道类别选择：（为了区别SC1n寄存器对应的通道n和外部通道，前者称为index，下文也是一样）
- 外部通道0-31（不同的MCU对应不同的外部通道数），可以通道参考手册的Excel附件查看对应的外部引脚，表格位置如下图
- 内部通道0-3，目前只有ADC0的内部通道0可用，用来监控MCU内部的供电电源情况，需要搭配SIM模块的CHIPCTL寄存器使用，相关寄存器说明如下图：
- Band Gap通道，Bandgap电压是精度较高的1V电压，用于ADC内部的自校准，同时也可以通过ADC通道读出其电压。
- VREFSH和VREFSL通道，ADC参考电压的上限和下限。

1.3 ADC触发源

ADC的触发源可以由PDB或者TRGMUX配置，此处具体描述下PDB的触发方式。
ADC的触发源默认设置和推荐方案都是PDB。ADC和PDB是成对工作的：PDB0-ADC0，PDB1-ADC1，如下图所示（PDB0和PDB1使用不同的触发源）。
PDB的预触发通道和ADC的通道索引号对应关系如下图：

1.4 PDB触发多个ADC通道的两种方式

PDB触发多个ADC通道有两种方式：

设置多个PDB预触发器的延迟时间，计数器达到1个预触发器的延迟，就启动对应的ADC index配置的输入通道，大致流程如下图所示：
使用PDB的背靠背模式，PDB模块内部的两个通道可以各自形成环，也可以同一个PDB模块的两个通道形成环（如左下图），还可以PDB0的通道0和PDB1的通道0形成环。通过PDB预触发器和ADC转换完成的标志相互触发，形成触发链条（如右下图）。

2. 例程

本篇例程主要介绍PDB-ADC的背靠背模式，仅使用多个预触发器延迟触发ADC的方式也会简单提一下。

2.1 例程功能介绍

功能框架如下图，在PDB0的每个计时周期内会依次采集8个ADC通道的值，然后通过串口打印出来。
ADC最后三个index选择一样的测量内容，是因为测量内部各种供电模块的电压都只能通过ADC0的内部通道0。背靠背模式下，在一个PDB周期内切换内部通道0的监控对象比较难。最终为了方便演示，最后三个index监测相同的供电模块。

2.2 例程编写

2.2.1 准备工作

开发环境：S32DS For ARM 2.2
开发板：S32K144EVB-Q100
串口工具

2.2.2 图形界面配置

打开S32DS For ARM 2.2，选择adc_hwtrigger_s32k144例程创建工程，重命名为pdb_adc_backtoback_s32k144，如下图所示：
打开adc组件配置，切换到转换配置界面，开启MCU内部供电监控，触发方式和原来配置保持一致，如下图：
切换到ADC的通道配置界面，依次配置ADC0的前8个index，每个index的输入通道选择请参考2.1章节的功能框图。注意disable掉ADC中断，（测试程序为了测量1个PDB周期内ADC的通道转换了几次，开启了index0中断）如下图所示：
打开PDB组件，切换到基础配置界面，勾选持续模式，使能中断，这里的Back-To-Back mode不需要勾选，如果勾选会将PDB0的通道0和通道1以背靠背的方式连接起来。主要配置如下图所示：
切换到PDB的ADC预触发器配置界面，配置8个预触发器，勾选预触发器输出和Back-To-Back模式，如下图所示：

特别提醒：
* 预触发器输出一定要勾选，因为此输出是ADC的硬件触发输入源，不勾选会导致MCU上电复位之后，ADC的8个通道只转换一次。----->后面2.3.3章节的测试程序验证该说法。
* 第一个预触发器通道不勾选Back-To-Back模式，否则第一个预触发器的延迟达到之后并不会开启第一个ADC通道的转换，从而导致所有ADC通道都不会开启转换。----->后面2.3.4章节的测试程序验证该说法。

2.2.3 测试代码

这里说一下基于原本的例程做的主要改动，完整的工程文末会给上链接。

ADC模块，相关代码如下图：
1.1 在ADC初始化过程中一定要记得调用自校验函数，否则精度会很差；

1.2 此处使用ADC0的index0中断，是为了计算一个PDB周期内每个ADCindex转换了几次
PDB模块，相关代码如下图：
2.1 背靠背模式下，只有第一个预触发器的延迟设置是有效的（也可以不设置）。如果配置界面不开启背靠背模式，那么所有的PDB的预触发器的延迟都需要设置，且延迟时间依次增大。----->后面2.3.5章节的测试验证该说法。

2.2 调用加载函数之后，延迟的值才会被写入寄存器。调用软件触发器即开启PDB的计数器。

2.3 PDB中断函数里获取ADC的测量值以及ADC一个PDB周期内的测量次数。

2.4 关于PDB的MOD值计算，可以调用例程中的calculateIntValue函数计算，也可以通过如下公式计算。以此例程计算一下，需要延迟1s，所以second=1；pdb的频率为48MHz，所以frequency =48000000；分频系数和分频因数分别为128和10，最终按照公式得出MOD=37500。
$\frac{frequency × second}{prescaler × multiplication factor}$
UART模块
主循环里每1s打印一次所有的转换信息，由于开启了连续模式，也不需要再次调用软件触发命令。