AD Converter の利用

XG-50 の AD Converter には、外部電源(バッテリー[ch1]、ワイド電源[ch2]) を接続しています。
加えて、SoC 内部の Vref、温度センサーも有効化しています。

AD Converter を有効化するため、make menuconfig で NuttX の構成を変更します。

• Device Drivers → Analog Device(ADC/DAC) Support 有効化
• Device Drivers → Analog Device(ADC/DAC) Support → Analog-to-Digital Conversion 有効化

• Application Configuration → Examples → ADC example 有効化
  • ADC device path → “/dev/adc0”
  • Number of Samples per Group → 4
  • Use software trigger 有効化

config を保存し、build します。

ファームウェアの書き込みと動作 を参考に、ファームウェアを XG-50 に書き込みます。

書き込んだファームウェアを実行すると、下のように adc というコマンドが使用できるようになります。

NuttShell (NSH)
nsh> help
help usage:  help [-v] [<cmd>]

  [           dirname     false       mkfatfs     pwd         time
  ?           date        free        mkfifo      reboot      true
  basename    dd          help        mkrd        rm          uname
  break       df          hexdump     mh          rmdir       umount
  cat         dmesg       kill        mount       set         unset
  cd          echo        ls          mv          sh          usleep
  cp          exec        mb          mw          sleep       xd
  cmp         exit        mkdir       ps          test

Builtin Apps:
  adc <-------
  cu
  i2c
  sudoku
nsh>

さっそく実行してみます。

nsh> adc
adc_main: g_adcstate.count: 1
adc_main: Hardware initialized. Opening the ADC device: /dev/adc0
Sample:
1: channel: 0 value: 1498
2: channel: 1 value: 3483
3: channel: 2 value: 0
4: channel: 17 value: 936
nsh>

Channel 0, 1, 2, 17 の 4 つの値を取ることができました。

上記 AD 変換で取得した値は、アナログ電源(VDDA) を基準にした相対値⁴⁾となっています。
STM32L4 の Reference Manual にあるとおり、実際の電圧を求めるには計算を行う必要があります。

計算式は下記のとおりです。

$$ V_{CHANNEL_X} = \frac{V_{DDA}}{FULL\_SCALE} \times ADC_X\_DATA $$

(Reference Manual より)

ここで、VDDA は 3.3[V]、FULL_SCALE は 4095 なのでそれを当てはめて Channel 1 (バッテリー入力電圧) を計算すると、

$$ V_{CHANNEL1} = \frac{3.3}{4095} \times 3483 \times 1.1 = 3.087 [V] $$

となります。

STM32L4 の VREFINT を利用し、VDDA の電圧に依存しない計算方法です。

$$ V_{CHANNEL_X} = \frac{3.0 V \times VREFINT\_CAL \times ADC_X\_DATA}{VREFINT\_DATA \times FULL\_SCALE} $$

ここで、各変数は下記の通りです。

手元のチップでは、VREFINT_CAL の値は 0x0678 でした。

nsh> mh 0x1fff75aa
  1fff75aa = 0x0678
nsh>

この値を上記式に当てはめて計算すると、

In [8]: ((3 * 0x0678 * 3483) / (1498 * 4095)) * 1.1
Out[8]: 3.1028589034463536

となります。

試しに電圧計で電源ピンのところで計測してみると 3.094 [V] でした。
どちらの方法を使用しても 0.3% 程度の誤差⁶⁾で計測できるようです。

CH17 の温度センサーの値から温度への変換式は下記のとおりです。

$$ Temperature\ (in \ ℃) = \frac{110\ ℃ - 30\ ℃}{TS\_CAL2 - TS\_CAL1} \times (TS\_DATA - TS\_CAL1) + 30\ ℃ $$

ここで、各変数は下記になります。

TS_CAL1, TS_CAL2 ともに VDDA が 3.0V のときの値となっていますが、XG-50 の VDDA は 3.3V のため、
『VREFINT を利用した計算』 を用いて換算する必要があります。

\begin{align} Temperature\ (in\ ℃) = \frac{110\ ℃ - 30\ ℃}{TS\_CAL2 - TS\_CAL1} \times \left(\frac{VREFINT\_CAL \times TS\_DATA}{VREFINT\_DATA} - TS\_CAL1 \right) + 30\ ℃ \end{align}

手元のチップで TS_CAL1, TS_CAL2 を確認してみると、

nsh> mh 0x1fff75a8
  1fff75a8 = 0x0410
nsh> mh 0x1fff75ca
  1fff75ca = 0x051b

それぞれ 0x0410, 0x051b となっているため、それを用いて計算すると、

In [18]: VREFINT_CAL=0x0678

In [19]: TS_DATA=936

In [20]: TS_CAL1=0x410

In [21]: TS_CAL2=0x51b

In [22]: VREFINT_DATA=1498

In [23]: ((110 - 30) / (TS_CAL2 - TS_CAL1)) * ((VREFINT_CAL * TS_DATA) / VREFINT_DATA - TS_CAL1) + 30
Out[23]: 28.419065620577733

28.4℃ となりました。

apps/examples/adc/adc_main.c を参照してください。