356 lines
11 KiB
C
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11 KiB
C
/*
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* 模块名称：TPAFE5160 16位8通道同步采样ADC驱动
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* 模块功能：提供 TPAFE5160 并行接口模式下的初始化、过采样设置、转换启动、数据读取接口
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* 适用平台：STM32F407ZGT6，并行16位数据总线接 GPIOG[15:0]
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* 作者：王建锋
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* 创建日期：2026-07-17
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* 修改记录：
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* 2026-07-17 王建锋 创建初始版本，参考 AD7606 并行驱动及 TPAFE5160 手册
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* 2026-07-17 王建锋 增加 EXTI 中断读取模式
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*/
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/* 头文件包含区 */
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#include "tpafe5160.h"
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#include "main.h"
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/* ======================== 私有宏定义 ======================== */
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/*
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* 并行读取时序延时 (168MHz 主频，1 NOP ≈ 5.95ns)
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||
*
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* TPAFE5160 并行时序要求 (VDRIVE > 2.7V)：
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* t10 (RD 低脉宽) ≥ 22ns
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* t11 (RD 高脉宽) ≥ 10ns
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* t14 (数据访问时间) ≤ 21ns (从 RD 下降沿算起)
|
||
* t15 (数据保持时间) ≥ 6ns (从 RD 下降沿算起)
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||
*
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* GPIO 写操作本身约 1 个 AHB 周期 (~6ns)，
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* 加上端口延迟 (~12-18ns)，实际 RD 引脚翻转滞后约 18-24ns。
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||
* 因此 NOP 延时只需覆盖数据建立时间即可。
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*/
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#define TP_NOP_5() __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP()
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/* RD 低脉宽延时：GPIO写(~6ns) + 5NOP(~30ns) > 22ns */
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#define TP_RD_LOW_DLY() do { TPAFE5160_RD_LOW(); TP_NOP_5(); } while (0)
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||
/* RD 高脉宽延时：GPIO写(~6ns) + 3NOP(~18ns) > 10ns */
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#define TP_RD_HIGH_DLY() do { TPAFE5160_RD_HIGH(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); } while (0)
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||
/* CONVST 脉冲延时：上升沿前需保证低电平，5NOP 覆盖 t5 ≥ 20ns */
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#define TP_CONVST_PULSE() do { \
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TPAFE5160_CONVST_LOW(); \
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||
TP_NOP_5(); \
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||
TPAFE5160_CONVST_HIGH(); \
|
||
TP_NOP_5(); \
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||
} while (0)
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||
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||
/* ======================== 私有函数声明 ======================== */
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||
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||
static void tpafe5160_read_channels(uint8_t count, int16_t *buf);
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||
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||
/* ======================== 公共函数定义 ======================== */
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||
|
||
/*
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||
* 函数功能：初始化 TPAFE5160（设置过采样、等待就绪）
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||
* 入口参数：无
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||
* 返回值：0 - 成功，-2 - BUSY 超时
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||
* 限定条件：CubeMX 已完成 GPIO 初始化
|
||
* 函数说明：1. 设置过采样为无过采样 (000)
|
||
* 2. 确保 RD 为高、CONVST 为低
|
||
* 3. 等待 BUSY 释放（转换空闲）
|
||
*/
|
||
int tpafe5160_init(void)
|
||
{
|
||
/* 设置默认过采样：无过采样 (OS[2:0] = 000) */
|
||
tpafe5160_set_os(TP_OS_NONE);
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||
|
||
/* 确保控制引脚处于空闲状态 */
|
||
TPAFE5160_RD_HIGH();
|
||
TPAFE5160_CONVST_LOW();
|
||
|
||
/* 等待 BUSY 释放，确保上电后无残留转换 */
|
||
return tpafe5160_wait_busy(TPAFE5160_CONV_TIMEOUT_MS);
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：设置过采样率
|
||
* 入口参数：os - 过采样率枚举值 tpafe5160_os_t
|
||
* 返回值：无
|
||
* 限定条件：GPIO 已初始化
|
||
* 函数说明：通过 OS[2:0] 引脚设置过采样率，在下一次 BUSY 下降沿锁存生效
|
||
*/
|
||
void tpafe5160_set_os(tpafe5160_os_t os)
|
||
{
|
||
TPAFE5160_OS0(os & 0x01); /* OS0 = bit0 */
|
||
TPAFE5160_OS1((os >> 1) & 0x01); /* OS1 = bit1 */
|
||
TPAFE5160_OS2((os >> 2) & 0x01); /* OS2 = bit2 */
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：启动一次转换（CONVST 上升沿触发）
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：无
|
||
* 限定条件：GPIO 已初始化
|
||
* 函数说明：产生 CONVST 脉冲上升沿，启动全部8通道同步采样与转换
|
||
*/
|
||
void tpafe5160_start_conv(void)
|
||
{
|
||
TP_CONVST_PULSE();
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：等待转换完成
|
||
* 入口参数：timeout_ms - 超时时间 uint32_t > 0
|
||
* 返回值：0 - 转换完成，-2 - 超时
|
||
* 限定条件：已调用 tpafe5160_start_conv()
|
||
* 函数说明：轮询 BUSY 引脚等待下降沿
|
||
*/
|
||
int tpafe5160_wait_busy(uint32_t timeout_ms)
|
||
{
|
||
uint32_t tick_start = HAL_GetTick();
|
||
|
||
/* 等待 BUSY 释放（低电平表示空闲） */
|
||
while (TPAFE5160_BUSY_READ() == GPIO_PIN_SET) {
|
||
if ((HAL_GetTick() - tick_start) >= timeout_ms) {
|
||
return TPAFE5160_BUSY_TIMEOUT;
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
return TPAFE5160_OK;
|
||
}
|
||
|
||
/*
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||
* 函数功能：查询当前是否正在转换
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：1 - 正在转换，0 - 空闲
|
||
* 限定条件：GPIO 已初始化
|
||
* 函数说明：读取 BUSY 引脚电平
|
||
*/
|
||
uint8_t tpafe5160_is_busy(void)
|
||
{
|
||
return (TPAFE5160_BUSY_READ() == GPIO_PIN_SET) ? 1 : 0;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：读取全部8通道转换结果
|
||
* 入口参数：buf - 8个int16_t的输出缓冲区 int16_t* 不为 NULL
|
||
* 返回值：0 - 成功，-2 - BUSY 超时
|
||
* 限定条件：GPIO 已初始化
|
||
* 函数说明：1. 启动转换并等待 BUSY 释放
|
||
* 2. 连续8次拉低RD读取各通道数据
|
||
* 3. 通过 FRSTDATA 验证第一通道
|
||
*/
|
||
int tpafe5160_read_all(int16_t *buf)
|
||
{
|
||
int ret;
|
||
|
||
/* 启动转换 */
|
||
tpafe5160_start_conv();
|
||
|
||
/* 等待转换完成 */
|
||
ret = tpafe5160_wait_busy(TPAFE5160_CONV_TIMEOUT_MS);
|
||
if (ret != TPAFE5160_OK) {
|
||
return ret;
|
||
}
|
||
|
||
/* 连续读取8个通道 */
|
||
tpafe5160_read_channels(TPAFE5160_CH_NUM, buf);
|
||
|
||
return TPAFE5160_OK;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：读取指定通道的转换结果
|
||
* 入口参数：channel - 通道号 uint8_t 0 - 7
|
||
* value - 输出指针 int16_t* 不为 NULL
|
||
* 返回值：0 - 成功，-1 - 通道号无效，-2 - BUSY 超时
|
||
* 限定条件：GPIO 已初始化
|
||
* 函数说明：启动转换并等待完成后，连续读取至指定通道
|
||
*/
|
||
int tpafe5160_read_channel(uint8_t channel, int16_t *value)
|
||
{
|
||
int ret;
|
||
int16_t buf[TPAFE5160_CH_NUM];
|
||
|
||
if (channel >= TPAFE5160_CH_NUM || value == NULL) {
|
||
return TPAFE5160_ERROR;
|
||
}
|
||
|
||
ret = tpafe5160_read_all(buf);
|
||
if (ret != TPAFE5160_OK) {
|
||
return ret;
|
||
}
|
||
|
||
*value = buf[channel];
|
||
return TPAFE5160_OK;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：原始ADC值转电压值
|
||
* 入口参数：raw - ADC原始值 int16_t 有符号补码
|
||
* 返回值：电压值 float 单位 V
|
||
* 限定条件：无
|
||
* 函数说明：±5V量程时 LSB = 10V / 65536 ≈ 152.59μV
|
||
* ±10V量程时 LSB = 20V / 65536 ≈ 305.18μV
|
||
* 硬件 RANGE 引脚接 GND，默认 ±5V 量程
|
||
*/
|
||
float tpafe5160_to_voltage(int16_t raw)
|
||
{
|
||
/* RANGE 接 GND → ±5V 量程，满量程 10V */
|
||
return (float)raw * (10.0f / 65536.0f);
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：直接读取并行数据总线（不启动转换）
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：16位原始数据 uint16_t
|
||
* 限定条件：RD 为低或 CS 与 RD 已拉低
|
||
* 函数说明：读取 GPIOG->IDR 低16位，对应 DB[15:0]
|
||
*/
|
||
uint16_t tpafe5160_read_bus(void)
|
||
{
|
||
return TPAFE5160_READ_BUS();
|
||
}
|
||
|
||
/* ======================== 私有函数定义 ======================== */
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：通过 RD 脉冲连续读取多个通道数据
|
||
* 入口参数：count - 要读取的通道数 uint8_t 1 - 8
|
||
* buf - 输出缓冲区 int16_t* 不为 NULL
|
||
* 返回值：无
|
||
* 限定条件：转换已完成（BUSY 为低），RD 初始为高
|
||
* 函数说明：每次 RD 下降沿输出一个通道数据，按通道1~8顺序输出
|
||
* DB[15:0] 直接接 GPIOG[15:0]，通过 IDR 寄存器一次读取
|
||
*
|
||
* 时序关键点 (VDRIVE > 2.7V, 168MHz 主频)：
|
||
* GPIO 写操作 ~6ns + 端口延迟 ~18ns → RD 引脚实际翻转约 24ns 后
|
||
* t14 数据建立 ≤ 21ns → 数据在 RD 下降沿后 21ns 内有效
|
||
* 5 个 NOP (~30ns) 覆盖建立时间
|
||
*/
|
||
static void tpafe5160_read_channels(uint8_t count, int16_t *buf)
|
||
{
|
||
uint8_t i;
|
||
|
||
for (i = 0; i < count; i++) {
|
||
/* RD 下降沿：ADC 输出当前通道数据到 DB[15:0] */
|
||
TP_RD_LOW_DLY();
|
||
|
||
/* 读取16位并行数据 */
|
||
buf[i] = (int16_t)TPAFE5160_READ_BUS();
|
||
|
||
/* RD 上升沿：准备下一通道 */
|
||
TP_RD_HIGH_DLY();
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* ======================== 中断模式实现 ======================== */
|
||
|
||
/* 双缓冲区：ISR 写 s_buf_b，主循环读 s_buf_a */
|
||
static int16_t s_buf_a[TPAFE5160_CH_NUM];
|
||
static int16_t s_buf_b[TPAFE5160_CH_NUM];
|
||
static volatile uint8_t s_ready = 0;
|
||
static volatile uint8_t s_buf_sel = 0; /* 0 = 写 B / 读 A, 1 = 写 A / 读 B */
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：使能 BUSY EXTI 中断（运行时重使能用）
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：无
|
||
* 限定条件：CubeMX 已完成 GPIO 和 NVIC 配置
|
||
* 函数说明：正常启动流程无需调用，仅在 irq_disable() 后需要重新使能时使用
|
||
*/
|
||
void tpafe5160_irq_enable(void)
|
||
{
|
||
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI9_5_IRQn);
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：关闭 BUSY EXTI 中断
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：无
|
||
* 限定条件：已调用 tpafe5160_irq_enable()
|
||
* 函数说明：仅禁用 NVIC 中断，GPIO 配置保持 CubeMX 设定
|
||
*/
|
||
void tpafe5160_irq_disable(void)
|
||
{
|
||
HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI9_5_IRQn);
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：启动转换（中断模式）
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：无
|
||
* 限定条件：已调用 tpafe5160_irq_enable()
|
||
* 函数说明：产生 CONVST 脉冲，转换完成后由 EXTI 中断自动读取 8 通道数据
|
||
*/
|
||
void tpafe5160_start_conv_irq(void)
|
||
{
|
||
s_ready = 0;
|
||
TP_CONVST_PULSE();
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：检查是否有新的转换数据
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：1 - 数据就绪，0 - 无新数据
|
||
* 限定条件：中断模式已启用
|
||
* 函数说明：在 EXTI 回调中置位，主循环读取后需调用 tpafe5160_clear_ready() 清除
|
||
*/
|
||
uint8_t tpafe5160_data_ready(void)
|
||
{
|
||
return s_ready;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：清除数据就绪标志
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：无
|
||
* 限定条件：中断模式已启用
|
||
* 函数说明：主循环处理完数据后调用
|
||
*/
|
||
void tpafe5160_clear_ready(void)
|
||
{
|
||
s_ready = 0;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：获取数据缓冲区指针
|
||
* 入口参数：无
|
||
* 返回值：int16_t[8] 数据缓冲区的 const 指针
|
||
* 限定条件：tpafe5160_data_ready() 返回 1 时调用
|
||
* 函数说明：双缓冲切换，ISR 写另一个缓冲区，主循环安全读取当前缓冲区
|
||
*/
|
||
const int16_t* tpafe5160_get_buf(void)
|
||
{
|
||
return (s_buf_sel == 0) ? s_buf_a : s_buf_b;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：BUSY 下降沿 EXTI 处理（由 HAL_GPIO_EXTI_Callback 调用）
|
||
* 入口参数：GPIO_Pin - 触发中断的引脚号
|
||
* 返回值：无
|
||
* 限定条件：BUSY EXTI 已使能
|
||
* 函数说明：转换完成后自动读取 8 通道数据到缓冲区，耗时约 0.5µs (168MHz)
|
||
*/
|
||
void tpafe5160_exti_handler(uint16_t GPIO_Pin)
|
||
{
|
||
if (GPIO_Pin != TP_BUSY_Pin) {
|
||
return;
|
||
}
|
||
|
||
/* 双缓冲切换：ISR 写与主循环读不同的缓冲区 */
|
||
int16_t *p_wr = (s_buf_sel == 0) ? s_buf_b : s_buf_a;
|
||
|
||
/* 连续读取8个通道，约 0.5µs @ 168MHz */
|
||
uint8_t i;
|
||
for (i = 0; i < TPAFE5160_CH_NUM; i++) {
|
||
TP_RD_LOW_DLY();
|
||
p_wr[i] = (int16_t)TPAFE5160_READ_BUS();
|
||
TP_RD_HIGH_DLY();
|
||
}
|
||
|
||
/* 切换缓冲区并标记就绪 */
|
||
s_buf_sel ^= 1;
|
||
s_ready = 1;
|
||
}
|