Utilisation du Convertisseur Analogique-Numérique - IESE3 S6 Pierre Corbineau 2022-2023 - Utilisation du Convertisseur Analogique-Numérique
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Microcontrôleurs II - S6
Utilisation du Convertisseur
Analogique-Numérique
Pierre Corbineau
IESE3 S6
2022–2023C embarqué ADC Quoi ? Quand ? Comment ? Où ? Conclusion
Variables C et classes de stockage
Qu’est-ce qu’une variable C du point de vue d’un
microprocesseur ?
Une variable est un nom qui désigne une donnée, et aussi son
adresse mémoire si cette donnée est placée dans une
mémoire. Le langage C distingue trois types de variables en
fonction de leur classe de stockage (storage class).
I Les variables de classe static
I classe par défaut des variables globales
I Les variables de classe auto
I classe par défaut des variables locales
I Les variables de classe extern
I accès à l’espace mémoire des périphériques du système
La classe de stockage détermine deux choses :
I où la variable est placée en mémoire.
I comment et quand la variable est initialisée.
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Variables statiques et sections de données
Les variables de classe static sont placées en mémoire à
une adresse fixée à la compilation et initialisées au chargement
du programme :
I Les static const sont placées dans la mémoire Flash.
(section .rodata) et n’ont pas besoin d’être initialisées.
I Les static mutables (non constantes) sont placées en
RAM (section .data).
I On stocke dans la Flash leur valeur d’initialisation et on la
recopie dans la RAM au moment du reset.
I Si la valeur d’initialisation est 0, la variable est placée en
section .bss (section initialisée à 0 au reset).
Remarque : On peut déclarer une variable locale statique, elle
se comporte comme une variable globale à portée locale.
uint32_t compteur() {
static uint32_t c=0;
return (c++); }
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Variables automatiques et pile
Les variables de classe auto (variables locales) sont placées
dans les registres du CPU ou dans la pile, ou les deux (au
choix du compilateur).
I Elles sont initialisées pendant l’exécution du programme
I Pas de différence de placement entre const et mutables.
I Certaines variables intermédiaires peuvent être éliminées
du calcul par les optimisations du compilateur.
I Conséquence : il est difficile de connaître à l’avance
l’adresse d’une variable locale.
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Variables externes et périphériques
Les variables de classe extern ne sont pas placées en
mémoire ni initialisées par le compilateur. Leur adresse est
déterminée lors de l’édition de liens. On distingue deux
utilisations :
I Partage de variables globales déclarées dans d’autres
fichiers ou bibliothèques
I Déclaration de variables pour représenter des objets
présents dans l’espace mémoire du système :
(périphériques GPIOA, SysTick ...)
I Les zones mémoires modifiées par le matériel doivent être
déclarées volatile pour forcer le compilateur à les relire.
Exemple tiré de sys/devices.h :
extern const uint16_t TS_CAL2; /∗ valeurs programmées d’usine ∗/
extern const uint16_t TS_CAL1;
extern const uint16_t VREFIN_CAL;
. . .
extern volatile struct GPIO_registers GPIOA; /∗ périphériques ∗/
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La conversion analogique/numérique
Principe : Conversion d’une tension en valeur numérique
exploitable par un programme.
Les questions à résoudre :
I Que veut-on mesurer ?
I Quand veut-on mesurer ? Pendant combien de temps ?
I Comment sont codés les résultats ?
I Où sont stockés les résultats ?
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Avant de commencer : Allumage
Pour utiliser les convertisseurs ADC1, ADC2, ADC3 : Il faut
valider leurs horloges (ex : ADC1)
enable_ADC1();
Il faut aussi allumer la partie analogique du convertisseur :
ADC1.CR2|=1; /∗ ADON=1 ∗/
ADC2.CR1|=1C embarqué ADC Quoi ? Quand ? Comment ? Où ? Conclusion
Avant de commencer : les horloges
Les convertisseurs analogique-numérique ADC1-3 sont reliés
au bus APB2.
I En TP, ce bus est cadencé à 84MHz.
Les convertisseurs utilisent l’horloge ADCCLK pour leur parties
analogiques.
I Selon la datasheet, il faut que fADCCLK ≤ 36MHz.
ADCCLK est une division de l’horloge PCK2 du bus APB2 par
un prédiviseur configurable.
ADC_common.CCR
On va donc choisir une division par 4 (ADCPRE=01).
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Que veut-on mesurer ? (1)
Un convertisseur peut mesurer une
tension à la fois. Elle est choisie
parmi un ensemble de sources de
signaux (les canaux) :
I canaux internes
I capteur de température TS
I tension de référence Vrefint
I canaux externes
I GPIO en mode analogique
(MODER=0b11)
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Que veut-on mesurer ? (2)
En général, on programme le convertisseur pour effectuer
plusieurs mesures successives sur des canaux différents :
ADC1.SQR1
ADC1.SQR2
ADC1.SQR3
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Que veut-on mesurer ? (3)
Exemple : On veut mesurer les canaux 3, 4, 5, 3 (à nouveau) ,
7, 9, 10, 12.
ADC1.SQR1=7C embarqué ADC Quoi ? Quand ? Comment ? Où ? Conclusion
Quand veut-on mesurer ?
ADC1.CR2
La séquence de mesure peut être déclenchée :
I Par logiciel : écriture d’un 1 sur le bit SWSTART (ou
JSWSTART pour la séquence injectée).
I Par matériel : détection d’un évènemement matériel
TIMER ou EXTI.
I EXTEN ou JEXTEN pour valider les fronts actifs
I EXTSEL ou JEXTSEL pour choisir le signal source
I Indéfiniment : CONT=1 indique le mode continu où les
mesures sont relancées à chaque fin de séquence.
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Pendant combien de temps mesurer ? (1)
Pour chaque canal, on peut programmer la durée
d’échantillonnage pendant laquelle on mesure la tension
d’entrée.
La durée d’échantillonnage est un compromis :
I Plus courte, elle permet de prendre des échantillons plus
rapidement, et donc plus fréquemment.
I Plus longue, elle permet de rester précise même pour des
sources d’impédance trop forte.
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Pendant combien de temps mesurer ? (4)
La durée d’échantillonnage se configure en périodes par
rapport à l’horloge ADCCLK@21MHz.
ADC1.SMPR1
ADC1.SMPR2
Exemple : on veut mesurer le canal 18 (TS) avec une durée
supérieure à 10µs, soit au moins 10*21=210 cycles ADC, on
choisit donc SMP18=0b111 (480 cycles).
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Quand sait-on que la mesure est terminée ?
ADC1.SR
rc_w0 = read, clear by writing 0
I Les indicateurs EOC et JEOC permettent de savoir si une
séquence normale ou injectée s’est achevée.
I Les indicateurs STRT et JSTRT permettent de savoir si
une séquence normale ou injectée a été lancée.
Exemple : attendre la fin d’une séquence injectée (JEOC=1)
while((ADC1.SR & 4) == 0); /∗ ne pas oublier ; ou {} ∗/
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Comment ? Résolution de la mesure
I Une tension mesurée est codée sous la forme d’un
nombre binaire sur r bits (résolution).
I Une tension V donne un résultat x lorsque
x V x+1
2r ≤ VDDA ≤ 2r .
I Réduire la précision de mesure permet de rendre celle-ci
plus rapide.
I La valeur numérique mesurée est inversement
proportionnelle à la tension de référence VDDA .
La résolution peut être configurée dans le registre CR1 :
Exemple : On mesure 123410 sur un canal avec une résolution
de 12 bits et VDDA = 3, 3V ; la tension mesurée est donc
environ 3, 3V ∗ 1234/4096 = 0, 994V .
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Comment ? Codage de la mesure
I Les r bits significatifs d’une mesure sont rangés dans les
16-bits de poids faible d’un registre de données 32 bits.
I On peut choisir de placer ces bits en position de poids fort
(alignement à gauche) ou de poids faible (alignement à
droite).
I Le choix d’alignement se fait avec le bit 11 (ALIGN) du
registre CR2.
I ALIGN=0 : à droite (poids faible)
I ALIGN=1 : à gauche (poids fort)
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Où ? Résultats d’une séquence
Les résultats d’une séquence injectée :
I disponibles après la fin de séquence dans ADC1.JDR1 à
ADC1.JDR4.
Les résultats d’une séquence ordinaire sont stockés dans un
unique registre de données ADC1.DR.
I Si une seule mesure dans la séquence (L=0 ou SCAN=0)
I Le résultat est disponible dans ADC1.DR
I Sinon, chaque nouveau résultat efface le précédent :
I il faut recopier ailleurs chaque résultat avant qu’il ne soit
effacé par le suivant (Overrun).
I On peut utiliser le contrôleur DMA (Direct Memory Access)
pour effectuer ces transferts de données automatiquement
sans intervention logicielle.
I On peut aussi faire le transfert à l’aide d’une boucle
logicielle.
I En configurant EOCS=1 (CR2), le bit EOC indiquera la fin de
chaque mesure.
I On vérifie l’absence d’overrun (OVR=0) à chaque mesure.
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Où ? Transfert des résultats
Exemple : Séquence de mesure avec transfert des résultats par
logiciel.
uint32_t ADC_convert_sequence
(volatile struct ADCx_registers *ADCx, uint32_t *data_buffer)
{
uint32_t len=((ADCx->SQR1>>20)&15) + 1;
uint32_t i=0;
ADCx->SR = 0; /∗ clear all SR flags ∗/
ADCx->CR2|=(1C embarqué ADC Quoi ? Quand ? Comment ? Où ? Conclusion
Chaîne d’acquisition complète
Dans une application réelle :
I Un timer génère un signal périodique.
I Ce signal déclenche des mesures dans un ou plusieurs
convertisseurs.
I Le contrôleur DMA transfère les données acquises dans
un tampon mémoire.
I Le DMA signale le remplissage du tampon à une routine
de traitement des données (par interruptions).
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