開始

申請開發板的時候我的開發目標是基于GD32F310設計一個全雙工串口轉單線半雙工串口的串行舵機控制器，但是這個項目和我本職工作的一個項目比較類似，不方便開源通信部分的代碼，所以臨時改變文章的主題為測試ADC的精度，項目的所有代碼已在github開源，希望文章的內容對朋友們的工作和學習有所幫助；

移植固件庫

到GD32的官網下載文檔三份：GD32F310數據手冊/GD32F3x0用戶手冊/GD32F3x0固件庫使用手冊，最新版本固件庫壓縮包一份；固件庫經過我的整理，提取了項目開發的基礎文件并歸類到三個文件夾中，作為基礎空白的工程項目：

bsp：板級支持相關的代碼文件，包含了各個外設模塊的初始化函數/基本的驅動函數，需要自己實現；

user：實現用戶的業務邏輯代碼，同時也作為系統內核/固件庫和用戶代碼的接口，基礎的接口模板由固件庫壓縮包提供，刪減后可以在其基礎上進行開發，main函數就在該文件夾的文件中；

device：和芯片內核/外設相關的文件，由固件庫壓縮包提供，內核相關的文件需要刪減，僅保留適合本項目開發環境的文件；

實現系統串口

系統串口使用的是USART1在PA2/PA3，由于GD32F310G-START并未提供串口轉USB電路，所以需要使用杜邦線外接一個串口轉USB的模塊與電腦串口軟件進行通信；

進入bsp文件夾，新建文件bsp_uart.c/.h，代碼內容如下：

bsp_uart.h

#ifndef _BSP_UART_H_
#define _BSP_UART_H_

#include "main.h"

#define SYSTEM_UART_PORT            USART1
#define SYSTEM_UART_PERCLK          RCU_USART1
#define SYSTEM_UART_GPIO_PORT       GPIOA
#define SYSTEM_UART_GPIO_PERCLK     RCU_GPIOA
#define SYSTEM_UART_GPIO_TX_PIN     GPIO_PIN_2
#define SYSTEM_UART_GPIO_RX_PIN     GPIO_PIN_3

void System_Uart_Init(void);

#endif

bsp_uart.c

#include "bsp_uart.h"

//系統串口打印初始化
void System_Uart_Init(void)
{
    //初始化串口IO
    rcu_periph_clock_enable(SYSTEM_UART_GPIO_PERCLK);
    gpio_af_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_AF_1, SYSTEM_UART_GPIO_TX_PIN);
    gpio_af_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_AF_1, SYSTEM_UART_GPIO_RX_PIN);
    gpio_mode_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, SYSTEM_UART_GPIO_TX_PIN);
    gpio_output_options_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, SYSTEM_UART_GPIO_TX_PIN);
    gpio_mode_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, SYSTEM_UART_GPIO_RX_PIN);
    gpio_output_options_set(SYSTEM_UART_GPIO_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, SYSTEM_UART_GPIO_RX_PIN);
    //初始化串口外設
    rcu_periph_clock_enable(SYSTEM_UART_PERCLK);
    usart_deinit(SYSTEM_UART_PORT);
    usart_word_length_set(SYSTEM_UART_PORT, USART_WL_8BIT);
    usart_stop_bit_set(SYSTEM_UART_PORT, USART_STB_1BIT);
    usart_parity_config(SYSTEM_UART_PORT, USART_PM_NONE);
    usart_baudrate_set(SYSTEM_UART_PORT, 115200U);
    usart_receive_config(SYSTEM_UART_PORT, USART_RECEIVE_ENABLE);
    usart_transmit_config(SYSTEM_UART_PORT, USART_TRANSMIT_ENABLE);
    usart_enable(SYSTEM_UART_PORT);
}

實現 ADC

ADC的模擬輸入端口需要注意，PA0作為UserKey已經通過10k電阻下拉到地，PA2/PA3已作為串口TX/RX使用，它們都不太適合作為本應浮空的ADC通道，故選擇PA1作為ADC的輸入通道；在bsp文件夾內新建文件bsp_adc.c/.h文件，代碼如下：

bsp_adc.h

#ifndef _BSP_ADC_H_
#define _BSP_ADC_H_

#include "main.h"

#define TEST_ADC_GPIO_PERCLK                RCU_GPIOA
#define TEST_ADC_GPIO_PORT                  GPIOA
#define TEST_ADC_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_1
#define TEST_ADC_CHANNEL                    ADC_CHANNEL_1
#define TEST_ADC_PERCLK                     RCU_ADC

#define TEST_ADC_SAMPLES_REPEATED_NUMBER    100

void Test_Adc_Init(void);
uint16_t Test_Adc_Init_Sample(void);
void Test_Adc_Value_Update_Thread(void);
void Test_Adc_Value_Update_Thread_Init(void);
uint16_t Test_Adc_Get_Raw(void);
float Test_Adc_Get_Voltage(void);

#endif

bsp_adc.c

#include "bsp_adc.h"

uint16_t adc_test_raw_data = 0 ;    //adc測試輸出原始結果（平均值）
float adc_test_voltage = 0.0 ;      //adc測試輸出電壓值（平均值）

void Test_Adc_Init(void)
{
    //設置模擬輸入IO
    rcu_periph_clock_enable(TEST_ADC_GPIO_PERCLK);
    gpio_mode_set(TEST_ADC_GPIO_PORT, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, TEST_ADC_GPIO_PIN);     //設置測試通道的GPIO為模擬模式
    //設置ADC外設
    rcu_periph_clock_enable(TEST_ADC_PERCLK);
    rcu_adc_clock_config(RCU_ADCCK_APB2_DIV6);                                                  //ADC時鐘源設置
    adc_data_alignment_config(ADC_DATAALIGN_RIGHT);                                             //數據對齊模式：右對齊
    adc_channel_length_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, 1U);                                         //規則轉換通道長度：1
    adc_external_trigger_source_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC_EXTTRIG_REGULAR_NONE);          //觸發源設置：軟件觸發
    adc_external_trigger_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, ENABLE);                                   //觸發設置：開啟規則轉換觸發
    adc_enable();                                                                               //ADC啟動
    rt_thread_mdelay(1);                                                                        //延時穩定
    adc_calibration_enable();                                                                   //ADC使用內部校準
}
INIT_BOARD_EXPORT(Test_Adc_Init);

//開始一次AD轉換
uint16_t Test_Adc_Sample(void)
{
    adc_regular_channel_config(0U, TEST_ADC_CHANNEL, ADC_SAMPLETIME_239POINT5);                 //設置測試通道至規則轉換隊列頭，設置采樣時間
    adc_software_trigger_enable(ADC_REGULAR_CHANNEL);                                           //軟件觸發使能，ADC開始轉換
    while(!adc_flag_get(ADC_FLAG_EOC));                                                         //等待轉換結束
    adc_flag_clear(ADC_FLAG_EOC);
    return (adc_regular_data_read());                                                           //返回轉換結果
}

//獲取原始結果
uint16_t Test_Adc_Get_Raw(void)
{
    return adc_test_raw_data ;
}

//獲取轉換電壓值
float Test_Adc_Get_Voltage(void)
{
    return adc_test_voltage ;
}

移植操作系統

GD32F310只有8k的RAM個人認為是不適合移植操作系統的，內存比較小，沒辦法寫很復雜的線程代碼，其實這個簡單的測試項目也用不上多線程調度，我就是純屬吃飽了撐著了，把F303移植好的RT-Thread直接拖過來用，關于RT-Thread移植的教程在網絡上有非常多，所以我就寫一些大致流程細節我就不方便展開講了；RT-Thread是一款非常優秀好用的國產RTOS，國產硬件配國產軟件實在般配；

新建rtos文件夾，整理rt-thread nano源碼包提供的文件，復制到rtos文件夾中；

main.h內添加 #include "rtthread.h"

找到gd32f3x0_it.c，注釋掉以下幾個函數，使其失效

// void HardFault_Handler(void)
// {
//     /* if Hard Fault exception occurs, go to infinite loop */
//     while(1) {
//     }
// }

// void SVC_Handler(void)
// {
// }

// void PendSV_Handler(void)
// {
// }

// void SysTick_Handler(void)
// {
//     delay_decrement();
// }

找到rtconfig.h，刪掉MDK管理相關的宏，并添加如下代碼

#include "main.h"            //使得RT-Thread能夠找到其他被項目include的文件
#include "finsh_config.h"    //使用控制臺msh功能需要引用此文件
#define RT_USING_FINSH        //使用控制臺
#define RT_USING_HEAP        //取消這個宏的注釋使其有效

找到finsh_port.c，修改和添加我們的串口接口代碼，供控制臺使用

RT_WEAK char rt_hw_console_getchar(void)
{
    /* Note: the initial value of ch must < 0 */
    int ch = -1;
    if(usart_flag_get(SYSTEM_UART_PORT, USART_FLAG_RBNE))
        ch = usart_data_receive(SYSTEM_UART_PORT);
    return ch;
}

void rt_hw_console_output(const char *str)
{
    rt_size_t i = 0, size = 0;
    char a = '\r';
    size = rt_strlen(str);
    for (i = 0; i < size; i++)
    {
        if (*(str + i) == '\n')
        {
            usart_data_transmit(SYSTEM_UART_PORT, a);
            while(RESET == usart_flag_get(SYSTEM_UART_PORT, USART_FLAG_TBE));
        }
        usart_data_transmit(SYSTEM_UART_PORT, *(str + i));
        while(RESET == usart_flag_get(SYSTEM_UART_PORT, USART_FLAG_TBE));
    }
}

如果我沒有遺漏什么細節的話，此時編譯代碼并下載運行程序，能夠在串口軟件里收到RT-Thread的系統信息打印的內容：

 \ | /
- RT -     Thread Operating System
 / | \     3.1.5 build Apr 10 2022
 2006 - 2020 Copyright by rt-thread team
msh >

擁有了操作系統，我們就可以利用RT-Thread的自動初始化功能，運行我們的串口/ADC外設初始化代碼：

INIT_BOARD_EXPORT(Test_Adc_Init);        //ADC初始化函數加入RTT板級自動初始化隊列
INIT_BOARD_EXPORT(System_Uart_Init);    //系統串口初始化函數加入RTT板級自動初始化隊列

添加ADC測試代碼

在bsp_adc.c文件中，實現一個RTOS線程代碼，其功能是循環采集ADC的電壓數據并且保存到一個變量中；

//ADC自動轉換線程入口
void Test_Adc_Value_Update_Thread(void)
{
    //轉換次數記錄，轉換結果累加
    uint32_t count = 0, data_count = 0;
    while (1)
    {
        if(count < TEST_ADC_SAMPLES_REPEATED_NUMBER)//轉換次數未滿
        {
            data_count += Test_Adc_Sample();//進行一次轉換并累加結果原始數據
            count ++;//轉換次數 +1
        }
        else//轉換次數已滿
        {
            adc_test_raw_data = data_count/TEST_ADC_SAMPLES_REPEATED_NUMBER ;//累加原始數據求平均
            adc_test_voltage = 3.3 / 4096 * adc_test_raw_data ;//平均的累加數據轉換為電壓值
            data_count = 0 ;//重新開始下一輪轉換
            count = 0 ;
            rt_thread_mdelay(100);//釋放線程
        }
    }
}

//上電后開啟ADC自動轉換線程
void Test_Adc_Value_Update_Thread_Init(void)
{
    rt_thread_t i = rt_thread_create("ADC", Test_Adc_Value_Update_Thread, RT_NULL, 512, 4, 10);
    rt_thread_startup(i);
}
//開機后自動生成并啟動ADC轉換線程
INIT_APP_EXPORT(Test_Adc_Value_Update_Thread_Init);

運行后，adc_test_raw_data/adc_test_voltage這兩個變量每隔100ms更新一次測量的ADC數值；

到main.c添加如下代碼，使系統控制臺每2s打印輸出一次ADC的測量結果：

#include 

//打印ADC數據線程
void App_Print_Adc_Data_Thread(void)
{
    uint8_t str[32];
    while(1)
    {
        rt_thread_mdelay(2000);
        sprintf(str, "RAW:%d VOL:%f\r\n", Test_Adc_Get_Raw(), Test_Adc_Get_Voltage());
        rt_kprintf(str);
    }
}

int main(void)
{
    rt_thread_t i = rt_thread_create("test", App_Print_Adc_Data_Thread, RT_NULL, 1024, 4, 10);
    rt_thread_startup(i);
}

如圖所示，燒錄運行后，可以從串口控制臺得到打印的數據：

測量電壓

如圖所示，將可調穩壓電源的輸出線與開發板的GND/PA1相連，并且把萬用表的表筆一同并聯到線路上，以萬用表的讀數為基準，測量GD32F310的ADC轉換精度：

我這里使用ADC對電源的輸出電壓進行100次采樣后求取平局值，得到的結果如下表所示：

從表中可以看出，延長ADC采樣時間對ADC精度是有一定幫助的，在低電壓時，ADC的讀數似乎非常差，原始數據會在0-6之間跳動，幾乎無法準確的讀取穩定的數值，直到把輸入電壓提升到50mV才有所穩定，個人認為這個情況是電源端的問題，可能可調電源在低壓輸出時不夠穩定，手里暫時沒有找到其他可以構成分壓的電路降低電壓去測試，所以0.05V以下的電壓測量結果沒有太大的參考價值，電壓上升到1V以上后ADC的測量就比較穩定了，雖然進行100次累加求平均后讀數依然有跳動的情況，但精度已經基本滿足大部分工程的要求