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模數(shù)轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

一、Exynos4412 A/D轉(zhuǎn)換器概述
1. 概述
ADC(Analog-to-Digital Converter)，就是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。從字面上看，A我們稱(chēng)為模擬信號(hào)(Analog signal)，D我們稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)(digital signal)。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在電子技術(shù)中即是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，也稱(chēng)為數(shù)字量化。當(dāng)然還有一種叫DAC，就是數(shù)模轉(zhuǎn)換，意思相反，即是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。
在我們的日常生活中，會(huì)遇到很多的物理量，遇到很多的物理參數(shù)，其中，我們經(jīng)常遇到的物理參數(shù)，如電流、電壓、溫度、壓力、速度等電量或非電量都是模擬量。
模擬量的大小是連續(xù)分布的，且經(jīng)常也是時(shí)間上的連續(xù)函數(shù)。要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路—模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
2. 分類(lèi)
目前常見(jiàn)的A/D轉(zhuǎn)換器中，有：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、開(kāi)關(guān)樹(shù)形D/A轉(zhuǎn)換器。
3. A/D轉(zhuǎn)換主要技術(shù)指標(biāo)
1）分辨率
  A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。
2）量化誤差
    在A/D轉(zhuǎn)換中由于整量化產(chǎn)生的固有誤差。量化誤差在±1/2LSB（最低有效位）之間。
3）轉(zhuǎn)換時(shí)間
    轉(zhuǎn)換時(shí)間是指A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從接到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開(kāi)始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號(hào)所經(jīng)過(guò)的這段時(shí)間。
4）偏移誤差
    輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。
5）滿(mǎn)刻度誤差
滿(mǎn)刻度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。
6）線性度
實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上3種誤差。
其他指標(biāo)還有：絕對(duì)精度（Absolute Accuracy）、相對(duì)精度（Relative Accuracy）、微分非線性、單調(diào)性和無(wú)錯(cuò)碼、總諧波失真（Total Harmonic Distortion，THD）和積分非線性。
二、Exynos 4412 A/D轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介
1.簡(jiǎn)述
 10位或12位CMOS再循環(huán)式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它具有10通道輸入，并可將模擬量轉(zhuǎn)換至10位或12位二進(jìn)制數(shù)。5Mhz A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘時(shí)，最大1Msps的轉(zhuǎn)換速度。A/D轉(zhuǎn)換具備片上采樣保持功能，同時(shí)也支持待機(jī)工作模式。
2.特性
ADC接口包括如下特性。
1）10bit/12bit輸出位可選。
2）微分誤差  1.0LSB。
3）積分誤差  2.0LSB。
4）最大轉(zhuǎn)換速率5Msps.
5) 功耗少，電壓輸入1.8V。
6）電壓輸入范圍 0~1.8V。
7）支持偏上樣本保持功能。
8）通用轉(zhuǎn)換模式。
3. A/D功能模塊圖

圖1  ADC Functional Block Diagram
2. Exynos4412 A/D 控制器寄存器
1）A/D控制寄存器ADCCON

2）A/D數(shù)據(jù)寄存器

3）A/D通道Mux寄存器

三、A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)例
1. 電路連接如下：
利用一個(gè)電位計(jì)輸出電壓到4412的AIN3管腳。輸入的電壓范圍為0~1.8V。

1. 代碼如下：
#include <asm/ioctl.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
 
#define ADC_MAGIC  'A'
#define CMD_ONE       1
#define ADC_CMD_GET _IOR(ADC_MAGIC, CMD_ONE, int)
 
//寄存器定義
#define        ADC_CFG            (0x10010118)
#define           ADCCON              (0x126C0000)
#define           ADCDAT              (0x126C000C)
#define           ADCMUX             (0x126C001C)
 
dev_t dev;
int minor_base = 0;
int adc_count = 1;
char adc_name[] = "adc";
struct cdev *pcdev = NULL;
struct class *pcls = NULL;
static unsigned int *adccfg;
static unsigned int *adcmux;
static unsigned int *adccon;
static unsigned int *adcdat;
 
int AdcInit(void)
{
       int ret = 0;
      
       adccfg = ioremap(ADC_CFG, 4);
       if (adccfg == NULL) {
              printk("ioremap adccfg\n");
              ret = -ENOMEM;
              return ret;
       }
 
       adcmux = ioremap(ADCMUX, 4);
       if (adcmux == NULL) {
              printk("ioremap adcmux\n");
              ret = -ENOMEM;
              goto ERR1;
       }
 
       adccon = ioremap(ADCCON, 4);
       if (adccon == NULL) {
              printk("ioremap adccon\n");
              ret = -ENOMEM;
              goto ERR2;
       }
 
       adcdat = ioremap(ADCDAT, 4);
       if (adcdat == NULL) {
              printk("ioremap adcdat\n");
              ret = -ENOMEM;
              goto ERR3;
       }
      
       //ADC_CFG &= ~(0x1 << 16);
       writel(readl(adccfg) & ~(0x1<<16), adccfg);  //Bit_16:Select ADC Mux 0:General ADC, 1:MTCADC
      
       //ADCMUX = 0x3;
       writel(3, adcmux);  //0x3: 0011 = AIN3   //原理圖管腳查到XadcAIN3
 
       //12bit A/D conversion; enable A/D converter prescaler; prescaler value:20; A/D conversion start by read
       //ADCCON = (0x1<<16) | (0x1<<14) | (19<<6) | 0x1<<1;
       //ADCDAT & 0xfff;
      
       writel((0x1<<16) | (0x1<<14) | (19<<6) | 0x1<<1, adccon);
      
       return 0;
      
ERR3:
       iounmap(adccon);
ERR2:
       iounmap(adcmux);
ERR1:
       iounmap(adccfg);
       return ret;
}
 
unsigned int adc_get(void)
{
       unsigned int adc_value;
       unsigned int temp_value;
      
       readl(adcdat);
       while(!(readl(adccon) & (0x1<<15)));
       adc_value = readl(adcdat) & 0xfff;
       temp_value = 9999 * adc_value / 4095;
      
       return temp_value;
}
 
long adc_ioctl (struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
       //printk("%s:%s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
 
       switch (cmd) {
       case ADC_CMD_GET:
              *(unsigned int *)arg = adc_get();
              break;
       default:
              return -EINVAL;
       }
       return 0;
}
 
struct file_operations fops = {
       .owner           = THIS_MODULE,
       .unlocked_ioctl      = adc_ioctl,
};
 
int adc_init(void)
{
       int ret;
       int major;
       struct device *pdevice = NULL;
 
       //printk("%s:%s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
      
       ret = alloc_chrdev_region(&dev, minor_base, adc_count, adc_name);
       if (0 > ret) {
              printk("Can't get device number\n");
              return ret;
       }
             
       pcdev = cdev_alloc();
       if (NULL == pcdev) {
              printk("cdev alloc failed.\n");
              ret = -ENOMEM;
              goto UNREG_DEV_NUM;
       }
             
       cdev_init(pcdev, &fops);
       pcdev->owner = THIS_MODULE;
      
       ret = cdev_add(pcdev, dev, adc_count);
       if (0 > ret) {
              printk("add cdev failed.\n");
              goto DEL_CDEV;
       }
 
       pcls = class_create(pcdev->owner, adc_name);
       if (IS_ERR(pcls)) {
              printk("class create failed.\n");
              ret = PTR_ERR(pcls);
              goto DEL_CDEV;
       }
      
       major = MAJOR(dev);
       pdevice = device_create(pcls, NULL, MKDEV(major, minor_base), NULL, "%s%d", adc_name, minor_base);
       if (IS_ERR(pdevice)) {
              printk("device %s%d create failed.\n", adc_name, minor_base);
              ret = PTR_ERR(pdevice);
              goto DESTROY_CLASS;
       }
 
       //printk("Body temperature module init done!\n");
      
       if (0 != AdcInit())
       {
              goto DESTROY_CLASS;
       }
       printk("adc init\n");
       return 0;
 
DESTROY_CLASS:
       class_destroy(pcls);
DEL_CDEV:
       cdev_del(pcdev);
UNREG_DEV_NUM:
       unregister_chrdev_region(dev, adc_count); 
 
       return ret;
}
 
void adc_exit(void)
{
       device_destroy (pcls, MKDEV(MAJOR(dev), minor_base));    
       class_destroy(pcls);
       cdev_del(pcdev);
       unregister_chrdev_region(dev, adc_count); 
       printk("Good bye, adc module\n");
       //printk("%s:%s:%d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
}
 
module_init(adc_init);
module_exit(adc_exit);
 
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Ruth Wei");
MODULE_DESCRIPTION("adc for demo");
MODULE_VERSION("1.0.1");
2. 編譯測(cè)試
經(jīng)過(guò)交叉編譯后，加載驅(qū)動(dòng)，寫(xiě)一個(gè)應(yīng)用程序可以讀取ADC轉(zhuǎn)換后的值。
四、總結(jié)
本文從模數(shù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)和電路連接等方面進(jìn)行分析，最終寫(xiě)出驅(qū)動(dòng)程序，可以在4412板子上進(jìn)行測(cè)試。