Лабораторная работа №15. Настройка GPIO для ввода аналогового

15.1 Цель и задачи

Цель работы: изучить правила настройки портов ввода-вывода микроконтроллера ESP32-C3 на реализацию альтернативных функций. Задачи:

Презентация к блоку "Микроконтроллеры RISC-V"

15.2 Краткие теоретические сведения

ESP32-C3 включает в себя 2 АЦП последовательного приближения, поддерживающие в общей сложности 6 каналов измерения, которые обеспечиваются следующим образом:

АЦП ESP32 оцифровывают напряжения в диапазоне от 0 В до Vref. Vref - это опорное напряжение, у разных микросхем Vref различается, среднее значение составляет 1,1 В. Чтобы преобразовать напряжения, превышающие Vref, входные напряжения можно ослабить перед подачей на АЦП. Доступны 4 варианта затухания: чем выше затухание, тем выше может быть измеряемое входное напряжение.

Контроллер поддерживает частоту дискретизации до 12 бит, однократное считывание (single read mode), запускаемое с помощью ПО и непрерывное сканирование (continuous read mode), запускаемое по таймеру. Режим однократного чтения подходит для низкочастотных измерений. Режим непрерывного чтения подходит для постоянно повторяющихся с высокой частотой измерений.

Для настройки однократного считывания с помощью ПО, необходимо:

Для настройки непрерывного сканирования, нужно выполнить следующие действия:

В контроллер ESP32-C3 встроен датчик температуры, позволяющий отслеживать изменения температуры внутри чипа. К нему можно обратиться программно для получения текущих значений. В зависимости от температуры окружающей среды настраивается диапазон измерений и смещение, которое позволяет повысить точность датчика.

Получить данные с датчика температуры можно следующим образом:

Настройка регистров осуществляется с использованием функций API.

Для подключения контакта к АЦП1 последовательно вызываются две функции:

Доступные значения adc_atten_t:

Для одиночного считывания данных вызывается следующая функция adc1_get_raw(adc1_channel_t channel), в которой указывается номер канала, выбранный в предыдущей функции. На выходе получаем целое значение val в диапазоне от 0 до (2**width_bit-1)

При необходимости получить значение напряжения можно использовать формулу mVolts = val*(Vref/4095), Vref - верхнее значение выбранного диапазона adc_atten.

Для получения данных со встроенного датчика температуры выполняются следующие действия:

15.3 Задания к лабораторной работе

Подготовить программу, обеспечивающую прием аналогового сигнала, его оцифровку и использование полученного цифрового кода для управления внешним элементом. С использованием беспаечной макетной платы собрать схему, подключив к аналоговому входу переменный резистор, а к цифровому выходу - элемент, управляемый цифровым сигналом.

15.3.1 Описание последовательности выполнения работы

Для выполнения работы необходимо иметь беспаечную макетную плату для многократного макетирования; одножильные провода-перемычки с контактами, допускающими коммутацию с установленными на макетной плате элементами; светодиоды; зуммер.

15.3.2 Пример выполнения задания на защиту

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/adc.h"
#include "esp_adc_cal.h"
#include "driver/temperature_sensor.h"

void app_main(void){
//подключаемся к каналу АЦП
adc1_config_width(12);
adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_2, ADC_ATTEN_DB_11);
//подключаем встроенный датчик температуры
temperature_sensor_handle_t temp_sensor = NULL;
temperature_sensor_config_t temp_sensor_config = TEMPERATURE_SENSOR_CONFIG_DEFAULT(10, 50);
ESP_ERROR_CHECK(temperature_sensor_install(temp_sensor_config, temp_sensor));
ESP_ERROR_CHECK(temperature_sensor_enable(temp_sensor));
float tsens_value;
while(1){
//получение значений температуры с внешнего датчика
int val = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_2);
float voltage = val*(2500.0/4096.0);
float temp = (voltage-500)/10.0; //для датчика TMP36
printf("Temperature in the room is %.02f ? \n", temp);
//получение значений температуры со встроенного датчика
ESP_ERROR_CHECK(temperature_sensor_get_celsius(temp_sensor, tsens_value));
printf("Temperature value inside the chip is %.02f ?\n\n", tsens_value);
vTaskDelay(2000/portTICK_PERIOD_MS);
}
}

15.4 Вопросы для контроля