ADC¶

功能概述¶

基本概念与原理¶

ADC定义¶

ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器） 是一种将连续变化的模拟信号转换为离散数字信号的电子器件，是物理世界与数字系统之间的桥梁：数字芯片需要借助ADC才能获取外部环境中的模拟量。

模拟信号是指在时间上连续变化的信号，任意时刻都有确定的取值，用于传达温度、湿度、压力、长度、电流等连续变化的物理量。这些物理量须先转换为电信号，才能被电路传输和处理。

数字信号是指在时间和幅值上均离散取值的信号，在计算机中以二进制形式存储。

以工作电压为3.3 V的处理器为例，其内部电路只识别0 V（逻辑0）和3.3 V（逻辑1）两种电平。物理世界中一个1 V的模拟电压信号无法被CPU直接识别，须先经ADC转换为CPU能够识别的二进制数字信号。

ADC工作原理¶

ADC的工作过程包括四个关键步骤：

采样（Sampling）：在固定时间间隔内获取模拟信号的瞬时值（时间离散化）
保持（Holding）：在采样期间保持信号值不变，避免转换过程中信号变化
量化（Quantization）：将采样值映射到有限的离散电平（幅值离散化）
编码（Encoding）：将量化后的值转换为二进制数字形式

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性能参数详解¶

核心参数¶

分辨率（Resolution）¶

定义：ADC输出数字代码所能表示的最小输入电压变化量
表示：通常用位数表示（8位、10位、12位等）
公式：分辨率 = Vref / (2^N)，其中N是位数
示例：12位ADC，Vref = 3.3 V时，LSB ≈ 0.8 mV

采样率（Sampling Rate）¶

定义：ADC每秒完成模数转换并输出数字结果的次数
单位：SPS、kSPS、MSPS、GSPS
意义：决定了ADC能处理输入信号的最高频率

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转换时间（Conversion Time）¶

定义：从ADC启动一次转换到转换完成所需的时间
关系：采样率 = 1 / 转换时间（对于单次转换架构）

精度参数¶

积分非线性（INL）¶

衡量ADC在整个输入范围内，实际转换特性曲线偏离理想直线的最大偏差
单位：LSB（最低有效位）

微分非线性（DNL）¶

衡量ADC相邻两个输出码对应的实际输入电压差与理想电压差的最大偏差
DNL > |1| LSB 可能导致输出码失码

偏移误差和增益误差¶

偏移误差：输入电压为零时，实际输出码与理想输出码的偏差
增益误差：实际传输特性曲线的斜率与理想斜率之间的偏差

动态性能参数¶

信噪比（SNR）¶

输出信号中基波信号成分与噪声成分的比值
单位：dB
越高表示量化噪声和电路内部噪声越小

信噪失真比（SINAD/THD+N）¶

基波信号成分与谐波成分加噪声成分的比值
更能全面反映转换器对信号的保真度

有效位数（ENOB）¶

将理想ADC的信噪失真比代入SNR公式计算出的等效位数
计算公式：ENOB = (SINAD - 1.76) / 6.02
实际应用中比标称分辨率位数更能体现ADC的真实性能

常见问题¶

ADC电压范围¶

每个ADC接口引脚的输入电压不能超过其允许的电压范围；当被测电压超出该范围时，应先通过电阻分压将其降至范围内，再接入模块ADC引脚；
在模块VBAT未供电的情况下，禁止向ADC接口输入任何电压，以免损坏模块。

ADC位宽¶

ADC位宽指ADC转换结果用多少位二进制数表示。位宽越大，分辨率越高，采集越精准。例如1 V电压经10位ADC转换后，每个量化级（1 LSB）对应1/1024 V。模块ADC返回的是经处理后的电压值。

ADC API¶

头文件¶

qosa_adc.h

函数概览¶

函数名	功能描述
qosa_adc_ioctl()	配置ADC参数
qosa_adc_get_volt()	获取ADC通道电压值
qosa_get_vbat_volt()	获取VBAT的电压值

函数详解¶

qosa_adc_ioctl¶

功能描述
配置ADC参数。
函数原型

qosa_adc_errcode_e qosa_adc_ioctl(qosa_adc_channel_e adc_id, qosa_adc_ioctl_cmd_e cmd, void *arg);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
adc_id	输入	qosa_adc_channel_e	ADC通道选择；详见 qosa_adc_channel_e
cmd	输入	qosa_adc_ioctl_cmd_e	IOCTL命令；详见 qosa_adc_ioctl_cmd_e
arg	输入	void *	命令参数指针；当cmd为 QOSA_ADC_IOCTL_SET_SCALE 时，指向 qosa_adc_aux_scale_e 类型的分压系数

返回值说明
QOSA_ADC_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 qosa_adc_errcode_e）：函数执行失败

qosa_adc_get_volt¶

功能描述
获取ADC通道电压值。
函数原型

qosa_adc_errcode_e qosa_adc_get_volt(qosa_adc_channel_e adc_id, int *adc_value);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
adc_id	输入	qosa_adc_channel_e	ADC通道选择；详见 qosa_adc_channel_e
adc_value	输出	int *	获取到的电压值；单位：mV

返回值说明
QOSA_ADC_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 qosa_adc_errcode_e）：函数执行失败

备注

此接口耗时较长，不能在中断或回调函数中使用
返回的电压值已经考虑了内部分压电阻的影响

qosa_get_vbat_volt¶

功能描述
获取VBAT的电压值。
函数原型

qosa_adc_errcode_e qosa_get_vbat_volt(int *adc_value);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
adc_value	输出	int *	获取到的VBAT电压值；单位：mV

返回值说明
QOSA_ADC_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 qosa_adc_errcode_e）：函数执行失败

备注

此接口耗时较长，不能在中断或回调函数中使用
VBAT电压测量通常有专用的硬件电路

枚举定义¶

qosa_adc_errcode_e¶

ADC操作错误码枚举定义如下：

typedef enum
{
    QOSA_ADC_SUCCESS = 0,
    QOSA_ADC_EXECUTE_ERR = 1 | QOSA_ADC_ERRCODE_BASE,
    QOSA_ADC_GET_VALUE_ERR,
    QOSA_ADC_INVALID_PARAM_ERR,
    QOSA_ADC_MEM_ADDR_NULL_ERR,
} qosa_adc_errcode_e;

成员	说明
QOSA_ADC_SUCCESS	函数执行成功
QOSA_ADC_EXECUTE_ERR	执行错误
QOSA_ADC_GET_VALUE_ERR	获取值错误
QOSA_ADC_INVALID_PARAM_ERR	参数无效
QOSA_ADC_MEM_ADDR_NULL_ERR	内存地址为空

qosa_adc_channel_e¶

ADC通道选择枚举定义如下：

typedef enum
{
    QOSA_ADC0_CHANNEL = 0,
    QOSA_ADC1_CHANNEL = 1,
    QOSA_ADC_CHANNEL_MAX,
} qosa_adc_channel_e;

成员	说明
QOSA_ADC0_CHANNEL	ADC0通道
QOSA_ADC1_CHANNEL	ADC1通道
QOSA_ADC_CHANNEL_MAX	通道数量上限（占位值）

qosa_adc_aux_scale_e¶

ADC分压系数枚举定义如下：

typedef enum
{
    QOSA_ADC_SCALE_LEVEL_0 = 0,
    QOSA_ADC_SCALE_LEVEL_1,
    QOSA_ADC_SCALE_LEVEL_2,
    QOSA_ADC_SCALE_LEVEL_3,
    QOSA_ADC_SCALE_LEVEL_4,
    QOSA_ADC_SCALE_MAX,
} qosa_adc_aux_scale_e;

成员	说明
QOSA_ADC_SCALE_LEVEL_0	无内部分压电阻；最大范围：1.6 V
QOSA_ADC_SCALE_LEVEL_1	分压系数1/2；最大范围：3.2 V
QOSA_ADC_SCALE_LEVEL_2	分压系数1/4；最大范围：3.3 V
QOSA_ADC_SCALE_LEVEL_3	分压系数1/8；最大范围：3.3 V
QOSA_ADC_SCALE_LEVEL_4	分压系数1/16；最大范围：3.3 V
QOSA_ADC_SCALE_MAX	分压系数档位上限（占位值）

qosa_adc_ioctl_cmd_e¶

ADC IOCTL命令枚举定义如下：

typedef enum
{
    QOSA_ADC_IOCTL_NONE,
    QOSA_ADC_IOCTL_SET_SCALE,
} qosa_adc_ioctl_cmd_e;

成员	说明
QOSA_ADC_IOCTL_NONE	无操作（占位值）
QOSA_ADC_IOCTL_SET_SCALE	设置分压系数

应用逻辑流程图¶

示例代码¶

完整示例代码请查看 https://github.com/UniRTOS/UniRTOS-Doc-Examples/blob/main/peripheral/adc/adc_demo.c

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ADC定义¶

ADC工作原理¶

性能参数详解¶

核心参数¶

分辨率（Resolution）¶

采样率（Sampling Rate）¶

转换时间（Conversion Time）¶

精度参数¶

积分非线性（INL）¶

微分非线性（DNL）¶

偏移误差和增益误差¶

动态性能参数¶

信噪比（SNR）¶

信噪失真比（SINAD/THD+N）¶

有效位数（ENOB）¶

常见问题¶

ADC电压范围¶

ADC位宽¶

ADC API¶

头文件¶

函数概览¶

函数详解¶

qosa_adc_ioctl¶

qosa_adc_get_volt¶

qosa_get_vbat_volt¶

枚举定义¶

qosa_adc_errcode_e¶

qosa_adc_channel_e¶

qosa_adc_aux_scale_e¶

qosa_adc_ioctl_cmd_e¶

应用逻辑流程图¶

示例代码¶

目录

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