【小黑嵌入式系统第十六课】PSoC 5LP第三个实验——μC/OS-III 综合实验

上一课：
【小黑嵌入式系统第十五课】μC/OS-III程序设计基础（四）——消息队列（工作方式&数据通信&生产者消费者模型）、动态内存管理、定时器管理

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1 实验目的

• 理解并掌握基于μC/OS-III的应用程序框架；
• 理解任务管理的概念和方法，并熟练其基本应用；
• 理解共享资源的概念，掌握其管理方法；
• 理解信号量的概念与使用方法，并熟练其基本应用；
• 完成基于μC/OS-III的实用电压计的应用程序设计。

2 实验要求

1. 通过示例项目“uCOS-III 移植至 PSoC 5LP 的入门示例”和“uCOS-III 中断入门项目示例”，熟悉并掌握PSoC 5LP平台上μC/OS-III应用程序的框架结构；
2. 通过示例项目“Micrium_CY8CKIT-050B_uCOS-III-LCDMutex_GNU(P
   SoC Creator 4.0).rar”，学习理解共享资源的概念，掌握其在μC/OS-III中的管理方法；
3. 通过示例项目“uCOS-III 中断入门项目示例”和“Micrium_CY8CKIT-
   050B_uCOS-III-Sem-ISR_GNU(PSoC Creator 4.0).rar”，学习理解信号量的概念及其使用方法；
4. 编写一个基于μC/OS-III的实用电压计的应用程序，要求：
   a. 使用片内的SAR ADC1（或者自己设计实现的SAR ADC），设为8位分辨率，测量电位器R56的抽头电压。有三档量程：2V、200mV、20mV，通过SW3切换量程。测量结果显示在LCD的第一行；
   b. 使用片内的SAR ADC0，设为12位分辨率，也同时测量电位器R56的抽头电压。只有一档固定量程：2V。测量结果显示在LCD的第二行；
   c. 具有显示保持功能。SW2用作显示保持功能按键，LED4用作显示保持状态的指示；
   d. 通过预先分析和实际测量，得出多量程电压计的各档电压测量精度结论，并与市场上的三位半数字万用表的DC精度比较。
   更多的改进方向：
   e. 增加一档量程：自动

3 实验设备

CY8CKIT-050实验板
安装了PSoC Creator软件的PC机

4 实验原理

基本概念：

1. 前后台系统
   对基于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无限的循环，可称为前后台系统或超循环系统。
   
   前后台系统结构简单，很多基于微处理器的产品都采用了前后台系统设计，例如微波炉、电话机、玩具等。而在一些基于微处理器的应用中，从省电的角度出发，平时微处理器处在停机状态，所有事都靠中断服务来完成。

2. 操作系统
   操作系统是计算机中最基本的程序。操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的活动；操作系统提供应用程序接口，使用户获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。

3. 实时操作系统（RTOS）
   实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于RTOS之上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源(包括CPU、存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。
   在RTOS支持的系统中， 每个任务均有一个优先级，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。
   实时操作系统包含实时内核，以及其它高级的服务如：文件管理、协议栈、图形用户接口（GUI）等。

4. 内核
   多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的通信。内核提供的最基本服务是任务切换。使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，因为实时内核允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理它们。
   内核需要消耗一定的系统资源，比如2％～5％的CPU运行时间、RAM和ROM等。
   内核还提供一些必不可少的系统服务，如信号量、消息队列、延时等。

5. 任务
   一个任务，也称作一个线程，是一段简单的程序，该程序可以认为CPU完全属于该程序自己。每个任务被赋予一定的优先级，有它自己的一套CPU寄存器和自己的栈空间。
   实时应用程序的设计过程，包括如何把问题分割成多个任务，每个任务都是整个应用的某一部分。

6. 任务优先级
   任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。每个任务都具有优先级。任务越重要，赋予的优先级应越高，越容易被调度进入运行态。

7. 任务切换
   当多任务内核决定运行另外的任务时，它保存正在运行任务的当前状态，即CPU寄存器中的全部内容。这些内容保存在任务的当前状态保存区，即任务自已的栈之中。入栈工作完成以后，就把下一个将要运行的任务的当前状态从其栈中重新装入CPU的寄存器，并开始下一个任务的运行。这个过程就称为任务切换。
   这个过程增加了应用程序的额外负荷。CPU的内部寄存器越多，额外负荷就越重。做任务切换所需要的时间取决于CPU有多少寄存器要入栈。

8. 调度
   调度是内核的主要职责之一。调度就是决定该轮到哪个任务运行了。多数实时内核是基于优先级调度法的。每个任务根据其重要程序的不同被赋予一定的优先级。基于优先级的调度法指CPU总是让处在就绪态的优先级最高的任务先运行。
   然而究竟何时让高优先级任务掌握CPU的使用权，有两种不同的情况，这要看用的是什么类型的内核，是非抢占式的还是抢占式的内核。

9. 非抢占式（合作式）内核
   非抢占式内核要求每个任务自我放弃CPU 的所有权。非抢占式调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU。
   异步事件还是由中断服务来处理。中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起（Pending，或译为“等待” ）状态变为就绪状态。但中断服务以后CPU控制权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。

10. 抢占式（可剥夺式）内核
    当系统响应时间很重要时，要使用抢占式内核。因此绝大多数商业上销售的实时内核都是抢占式内核。最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪状态，当前任务的CPU使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻得到了CPU的控制权。
    如果是中断服务程序使一个高优先级的任务进入就绪态，中断完成时，中断了的任务将被挂起，优先级高的那个任务开始运行。

11. 中断
    中断是一种硬件机制，用于通知CPU有个异步事件发生了。中断一旦被识别，CPU保存部分（或全部）上下文即部分或全部寄存器的值，跳转到专门的子程序，称为中断服务程序（ISR）。中断服务程序做事件处理，处理完成后，程序回到：
    1.在前后台系统中，程序回到后台程序；
    2.对非抢占式内核而言，程序回到被中断了的任务；
    3.对抢占式内核而言，让进入就绪态的优先级最高的任务开始运行。

12. 时钟节拍
    时钟节拍是特定的周期性中断。这个中断可以看作是系统心脏的脉动。中断之间的时间间隔取决于不同应用，一般在10ms到200ms之间。时钟的节拍式中断使得内核可以将任务延时若干个整数时钟节拍，以及当任务在等待事件发生时，提供等待超时的依据。
    时钟节拍率越快，系统的额外开销就越大。

5 硬件设计

Vin_Pot 输入电压同时送入上下两路 SAR ADC。SAR ADC 0 设为 12 位分辨率，2.048V 的固定 量程，将它作为 SAR ADC 1 的测量结果准确性对照。SAR ADC 1 设为 8 位分辨率，输入范围设为 0~2.048V。
为了尽量实现准确的测量，应让 Vin_Pot 的变化范围与 SAR ADC 1 的输入范围尽量匹配，为此 使用了两个可编程增益放大器 PGA_1 和 PGA_2 对小输入电压进行放大。针对 Vin_Pot 的不同变化 范围（3 个量程），两个 PGA 的增益设置如上图所示，2000mV 量程时总增益为 1，200mV 量程时总增益为 8，20mV 量程时总增益为 96。
200mV 量程时这里将总增益安排为 8 而不是 10（因为 PGA 并没有 1x10 或者 2x5 的增益配置可选），此时Vin_Pot范围在0~256mV时与SAR ADC 1的输入范围刚好匹配，但程序只处理0~200mV的范围，即使用了 SAR ADC 1 的 80% F.S.。
20mV 量程时将总增益安排为 96 而不是 100，此时 Vin_Pot 范围在 0~21.3mV 时与 SAR ADC 1的输入范围刚好匹配，但程序只处理 0~20mV 的范围，即使用了 SAR ADC 1 的 94% F.S.。这样可以让 20mV 和 200mV 量程之间有一个重叠（20~21.3mV），当使用自动量程测量时，避免被测电压出现在相邻量程的交界处时显示结果跳动频繁。如上所述 200mV 和 2000mV 量程之间也有重叠（200~256mV）。
按键状态通过 D 触发器，每隔 20ms（1/50Hz）采样一次，q 为硬件消抖后的输出，提供给中断。中断的触发类型设为上升沿触发。按键的每次按下时刻，触发一次中断。

5.1 ADC

5.2 时钟

5.3 PGA

6 软件设计

6.1 总体设计

app.c 中定义了：#define DISPHOLD_STATUS() (LED4_Read()==1) 通过 DISPHOLD_STATUS()可知当前的显示保持状态，当值为 0（DEF_FALSE）时， 任务正常 进行测量和结果显示；当值为 1（DEF_TRUE）时，不进行测量和结果显示。
App_TaskADC12()是第一个创建的用户任务，负责通过 SAR ADC 0（12 位分辨率）测量输 入电压及结果显示，以及 SW2 显示保持按键事件的处理。当前的显示保持状态由 LED4 指示。在非显示保持状态时，进行测量电压、过量程判断、LCD 显示工作。
App_TaskMyADC8()是由 App_TaskADC12()创建的第二个用户任务，负责通过 SAR ADC 1 测量输入电压及结果显示，以及 SW3 量程选择按键事件的处理。在非显示保持状态时，若当前量程选择为非自动，则按指定量程测量电压， 再显示测量值；若当前量程选择为自动，则先以最大量程粗测一次，从而确定被测电压落在 哪个量程最佳，然后以最佳量程再测一次，再显示后者测量值。
SW2、SW3 按键按下时刻分别会触发 isr_sw2 和 isr_sw3 中断，在中断服务函数中，分别给任务 App_TaskADC12() 、 App_TaskMyADC8() 发信号量。 下列代码以 isr_sw2 中断和任务App_TaskADC12()为例，任务中等待信号量， 不管当前是否收到信号量立即返回，根据返回的错误代码 os_err 值判断当前是否收到信号量，若收到则更改显示保持状态指示。

6.2 详细设计

App.c

/*INCLUDE FILES*/ 
#include  
#include  
/* LOCAL DEFINES*/ 
#define MAX_SAMPLE 8 
/* 偏移误差值 */ 
#define DC_OFFSET_MV_2000MV 2 
#define DC_OFFSET_100uV_200MV 10 
#define DC_OFFSET_10uV_20MV 0 

/* 增益误差值 */ 
#define DC_GAIN_CAL_FACTOR_2000MV 1.00 
#define DC_GAIN_CAL_FACTOR_200MV 0.99 
#define DC_GAIN_CAL_FACTOR_20MV 0.95 

/* 测量范围 */ 
#define RANGE_2000MV 0 
#define RANGE_200MV 1 
#define RANGE_20MV 2 
#define RANGE_AUTO 36 
#define RANGE_NUM_MAX 4 

/* 增益*/ 
#define Vin_GAIN_2000MV 1 
#define Vin_GAIN_200MV 8 
#define Vin_GAIN_20MV 96 
#define DISPHOLD_STATUS() (LED4_Read()==1) 

/*GLOBAL VARIABLES*/ 
OS_SEM sem_sw2, sem_sw3; 
/*LOCAL VARIABLES*/ 
static OS_TCB App_TaskADC12TCB; 
static CPU_STK App_TaskADC12Stk[APP_CFG_TASK_ADC12_STK_SIZE]; 
static OS_TCB App_TaskMyADC8TCB; 
static CPU_STK App_TaskMyADC8Stk[APP_CFG_TASK_MyADC8_STK_SIZE]; 
static OS_MUTEX mutex_LCD; 

/*FUNCTION PROTOTYPES*/ 
static void App_TaskADC12 (void *p_arg); 
static void App_TaskMyADC8 (void *p_arg); 
static void App_TaskCreate (void); 
static void App_ObjCreate (void); 
static CPU_INT16U SAR_ADC12_GetResult (void); 
static CPU_INT16U My_SAR_ADC_GetResult (CPU_INT08U range); 
/*Main函数*/ 
int main (void) 
{ 
OS_ERR os_err;7 
BSP_PreInit(); 
CPU_Init(); 
OSInit(&os_err); 
OSTaskCreate((OS_TCB *)&App_TaskADC12TCB, 
(CPU_CHAR *)"ADC12", 
(OS_TASK_PTR )App_TaskADC12, 
(void *)0, 
(OS_PRIO)APP_CFG_TASK_ADC12_PRIO, 
(CPU_STK *)&App_TaskADC12Stk[0], 
(CPU_STK_SIZE )APP_CFG_TASK_ADC12_STK_SIZE_LIMIT, 
(CPU_STK_SIZE )APP_CFG_TASK_ADC12_STK_SIZE, 
(OS_MSG_QTY )0, 
(OS_TICK )0, 
(void *)0, 
(OS_OPT )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR), 
(OS_ERR *)&os_err); 
OSStart(&os_err); 

static void App_TaskADC12 (void *p_arg) 
{ 
OS_ERR os_err; 
CPU_TS ts; 
CPU_INT16U mVolts; 
CPU_CHAR str[20]; 

(void)p_arg; 
BSP_PostInit(); 
BSP_CPU_TickInit(); 
#if (OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0) 
OSStatTaskCPUUsageInit(&err); 
#endif 
#ifdef CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN 
CPU_IntDisMeasMaxCurReset(); 
#endif 

App_TaskCreate(); 
App_ObjCreate(); 


/* Print the initial LCD and LED display */ 
LCD_Position(0, 0); 
LCD_PrintString("2000m"); 
LCD_Position(1, 0); 
LCD_PrintString("ADC12:");LED4_Write(0); 
ADC_SAR_0_StartConvert(); 
 
while (DEF_TRUE) 
{ 
OSSemPend(&sem_sw2, 0, OS_OPT_PEND_NON_BLOCKING, &ts, &os_err); 

if(os_err == OS_ERR_NONE) 
{ 
/* 按下SW2，切换并指示显示保持状态 */ 
LED4_Write(~LED4_Read()); 
OSMutexPend(&mutex_LCD, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &ts, &os_err);
if(os_err == OS_ERR_NONE) 
{ 
LCD_Position(0, 6); 
if(DISPHOLD_STATUS() == DEF_TRUE) 
{ 
LCD_PutChar('H'); 
} 
else 
{ 
LCD_PutChar(' '); 
} 
OSMutexPost(&mutex_LCD, OS_OPT_POST_NONE, &os_err); 
} 
} 
if(DISPHOLD_STATUS() == DEF_FALSE) 
{ 
mVolts = SAR_ADC12_GetResult(); 
/* Print the measured voltage value */ 
sprintf(str,"%4d mV", mVolts); 
OSMutexPend(&mutex_LCD, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &ts, &os_err); 

if(os_err == OS_ERR_NONE) 
{ 
LCD_Position(1,9); 
LCD_PrintString(str); 
LCD_Position(1, 7); 
if(mVolts >= 2048) 
{ 
LCD_PutChar('^'); 
} 
else 
{ 
LCD_PutChar(' '); 
} 
OSMutexPost(&mutex_LCD, OS_OPT_POST_NONE, &os_err); 
// Release LCD Mutex 
} 
} 
else 
{ 
} 
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 250, OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT, &os_err); 
// Wait 250ms, give CPU to other tasks 
} 
} 
static void App_TaskMyADC8 (void *p_arg) 
{ 
OS_ERR os_err; 
CPU_TS ts; 
CPU_INT08U volt_range = RANGE_2000MV; 
CPU_INT08U volt_range_auto = RANGE_2000MV; 
CPU_INT16U voltDigs; 
/* 在中保留有效数字（删除小数点）毫伏、一百微伏或十微伏 */ 
CPU_CHAR str[20]; 
(void)p_arg; 
while (DEF_TRUE) 
{
OSSemPend(&sem_sw3, 0, OS_OPT_PEND_NON_BLOCKING, &ts, &os_err); 
if(os_err == OS_ERR_NONE) 
{ /* 如果按下SW3，则切换到下一个电压范围 */ 
volt_range = (volt_range +1) % RANGE_NUM_MAX; 
} 
if(DISPHOLD_STATUS() == DEF_FALSE) 
{ 
/* My SAR ADC8:获取八次连续转换的平均值 */ 
if(volt_range != RANGE_AUTO) 
{ 
/* Perform only one measurement with a fixed range */ 
voltDigs = My_SAR_ADC_GetResult(volt_range); 
} 
else 
{ 
/* Perform a rough measurement */ 
volt_range_auto = RANGE_2000MV; 
voltDigs = My_SAR_ADC_GetResult(volt_range_auto); 
/* Determine the appropriate range and measure once again*/ 
if(voltDigs >= 200) 
// >=200 mV 
{ 
} 
else if(voltDigs >= 20) // 199~20 mV 
{ 
volt_range_auto = RANGE_200MV; 
voltDigs = My_SAR_ADC_GetResult(volt_range_auto); 
} 
else 
// 19~0 mV 
{ 
volt_range_auto = RANGE_20MV; 
voltDigs = My_SAR_ADC_GetResult(volt_range_auto); 
} 
} 
OSMutexPend(&mutex_LCD, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &ts, 
&os_err); // Wait for LCD Mutex 
if(os_err == OS_ERR_NONE) 
{ 
/* 确定过电压状态并标记 */ 
LCD_Position(0, 7); 
str[0] = ' '; 
if(voltDigs > 2000 && ((volt_range == RANGE_2000MV)|| \(volt_range == RANGE_AUTO && volt_range_auto 		== RANGE_2000MV))) 
{ 
voltDigs = 2000; 
// 避免显示超过测量范围的电压值 
str[0] = '^'; 
// 记录过电压标记 
} 
if(voltDigs*Vin_GAIN_200MV*10 > 2000 && volt_range == RANGE_200MV) 
{ 
voltDigs = 200/Vin_GAIN_200MV ; 
str[0] = '^'; 
} 
if((voltDigs+1)*Vin_GAIN_20MV*100 > 2000 && volt_range == 
RANGE_20MV) 
{ 
voltDigs = 20; 
str[0] = '^'; 
} 
LCD_PutChar(str[0]); 
/* Print the measured voltage value */ 
LCD_Position(0, 0); 
switch(volt_range) 
{ 
case RANGE_2000MV: 
LCD_PrintString("2000m"); 
sprintf(str, " %4d mV", voltDigs); 
break; 
case RANGE_200MV: 
LCD_PrintString("200m "); 
sprintf(str, "%3d.%01d mV", 
voltDigs*Vin_GAIN_200MV, voltDigs%Vin_GAIN_200MV); 
break; 
case RANGE_20MV: 
LCD_PrintString("20m "); 
if(voltDigs>=20) 
sprintf(str, "20.%02d mV", 
voltDigs%Vin_GAIN_20MV); 
else 
sprintf(str, "%2d.%02d mV", voltDigs*98, 
voltDigs%Vin_GAIN_20MV); 
break; 
case RANGE_AUTO: 
LCD_PrintString("AUTO"); 
switch(volt_range_auto)13 
{ 
case RANGE_2000MV: 
LCD_PutChar('H'); 
sprintf(str, " %4d mV", voltDigs); 
break; 
case RANGE_200MV: 
LCD_PutChar('M'); 
sprintf(str, "%3d.%01d mV", 
voltDigs*Vin_GAIN_200MV, 	voltDigs%Vin_GAIN_200MV); 
break; 
case RANGE_20MV: 
LCD_PutChar('L'); 
sprintf(str, "f.%02d mV", 
voltDigs*Vin_GAIN_20MV, 	voltDigs%Vin_GAIN_20MV); 
break; 
default: 
break; 
} 
break; 
default: 
break; 
} 
LCD_Position(0, 8); 
LCD_PrintString(str); 
OSMutexPost(&mutex_LCD, OS_OPT_POST_NONE, &os_err); 
// Release LCD Mutex 
} 
} 
else 
{ 
} 
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 250, OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&os_err); 
// Wait 250ms, give CPU to other tasks 
} 
} 
}

static void App_TaskCreate (void) 
{ 
OS_ERR os_err; 
OSTaskCreate((OS_TCB *)&App_TaskMyADC8TCB, 
(CPU_CHAR *)"MyADC8",
(OS_TASK_PTR )App_TaskMyADC8, 
(void *)0, 
(OS_PRIO )APP_CFG_TASK_MyADC8_PRIO, 
(CPU_STK *)&App_TaskMyADC8Stk[0], 
(CPU_STK_SIZE )APP_CFG_TASK_MyADC8_STK_SIZE_LIMIT, 
(CPU_STK_SIZE )APP_CFG_TASK_MyADC8_STK_SIZE, 
(OS_MSG_QTY )0, 
(OS_TICK )0, 
(void *)0, 
(OS_OPT )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR), 
(OS_ERR 
*)&os_err); 
} 

static void App_ObjCreate (void) 
{ 
OS_ERR err; 

OSSemCreate(&sem_sw2,"sem_sw2",0,&err); 
OSSemCreate(&sem_sw3,"sem_sw3",0,&err); 
OSMutexCreate(&mutex_LCD, "mutex_LCD", &err); 
} 

static CPU_INT16U SAR_ADC12_GetResult (void) 
{ 
CPU_INT16U adcCount; 
// 保持ADC计数 
CPU_INT16U mVolts; 
// 保持电压值 
CPU_INT08U sampleCount; // 统计从ADC采集的样本数 
CPU_INT32U voltSamples; // 保存累积样本 
/* Perform eight consecutive conversions and get the average value 
*/ 
voltSamples = 0; 
for(sampleCount=0; sampleCount<MAX_SAMPLE; sampleCount++) 
{ 
/* Read ADC count and convert to milli volts */ 
ADC_SAR_0_IsEndConversion(ADC_SAR_0_WAIT_FOR_RESULT); 
adcCount = ADC_SAR_0_GetResult16(); 
mVolts = ADC_SAR_0_CountsTo_mVolts(adcCount);
/* Add the current ADC reading to the cumulated samples */ 
voltSamples += mVolts; 
} 
mVolts = voltSamples/MAX_SAMPLE; 

return mVolts; 
} 

static CPU_INT16U My_SAR_ADC_GetResult (CPU_INT08U range) 
{ 
CPU_INT16U adcCount; 
// 保持ADC计数 
CPU_INT16S voltDigs[2];
 /* 中保留有效数字 */ 
char str[20]; 
CPU_INT08U i; 
CPU_INT08U DAC8_val; 
// VDAC8 的值 
CPU_INT08U comp_1_out; 
// 比较器输出 
CPU_INT16U voltCount; 
// 保持ADC的计数 
CPU_INT16U mVolts; 
//将ADC计数转换的结果保留为毫伏 
CPU_INT08U sampleCount; 
// 统计从ADC采集的样本数 
CPU_INT32U voltSamples; 
// 保持逐次样本 
CPU_INT08U chan; 
CPU_INT16S dc_offset; 
// 偏移误差 
CPU_FP32 
dc_gain_cal_factor; // 增益误差 
Sample_Hold_1_Start(); 
Clock_1_Start(); 
VDAC8_1_Start(); 
PGA_1_Start(); 
PGA_2_Start(); 
Comp_1_Start(); 
switch(range) 
{ 
default: 
case RANGE_2000MV: 
PGA_1_SetGain(PGA_1_GAIN_01); 
PGA_2_SetGain(PGA_2_GAIN_01); 
dc_offset = DC_OFFSET_MV_2000MV; 
dc_gain_cal_factor = DC_GAIN_CAL_FACTOR_2000MV; 
break;
case RANGE_200MV: 
PGA_1_SetGain(PGA_1_GAIN_04); 
PGA_2_SetGain(PGA_2_GAIN_02); 
dc_offset = DC_OFFSET_100uV_200MV *Vin_GAIN_200MV/10; 
dc_gain_cal_factor = DC_GAIN_CAL_FACTOR_200MV; 
break; 
case RANGE_20MV: 
PGA_1_SetGain(PGA_1_GAIN_48); 
PGA_2_SetGain(PGA_2_GAIN_02); 
dc_offset = DC_OFFSET_10uV_20MV *Vin_GAIN_20MV/100; 
dc_gain_cal_factor = DC_GAIN_CAL_FACTOR_20MV; 
break; 
} 
/* Perform eight consecutive conversions and get the average value */ 	
voltSamples = 0;//逐次样本数 为0 
for(sampleCount=0; sampleCount<MAX_SAMPLE; sampleCount++)
//采样次数为8 
{ 
/* 开始新的采样*/ 
SH_Control_Write(1); 
CyDelayUs(1); 
// 需要时间1us 
/* 在保持期间完成一个转换*/ 
voltCount = 0x00;//保持ADC的计数=0 
for(i=0; i<8; i++)//8次逼近转化值 
{ 
DAC8_val = voltCount + (0x80 >> i);
//VDAC8 的值 = 采样值+（10000000>>i） 
VDAC8_1_SetValue(DAC8_val);
//设置采样比较值 
CyDelayUs(1); 
// VDAC8 settling time 
comp_1_out = (Comp_1_GetCompare() != 0);//大于则输出1 
voltCount += comp_1_out << (7-i);
//保持ADC的计数获得比较值， i=0且为1，则为10000000 
} 
mVolts = voltCount*4*1000/250 +dc_offset; // 直流偏移误差校正 
mVolts = mVolts*dc_gain_cal_factor; 
// 增 益误差校正 
/* 将当前ADC读数添加到累积样本中 */ 
voltSamples += mVolts; 
}
mVolts = voltSamples/MAX_SAMPLE;//取平均 
return mVolts; 
} 

/* [] END OF FILE */ 

App_cfg.h

#ifndef APP_CFG_MODULE_PRESENT 
#define APP_CFG_MODULE_PRESENT 
/* TASK PRIORITIES*/ 
#define APP_CFG_TASK_ADC12_PRIO 5 
#define APP_CFG_TASK_MyADC8_PRIO 6 
/* 
TASK STACK SIZES 
*Size of the task stacks (# of OS_STK entries) 
*/ 
#define APP_CFG_TASK_ADC12_STK_SIZE 128 
#define APP_CFG_TASK_MyADC8_STK_SIZE 256 
/*TASK STACK SIZES LIMIT*/ 
#define APP_CFG_TASK_ADC12_STK_SIZE_PCT_FULL 90 
#define APP_CFG_TASK_ADC12_STK_SIZE_LIMIT (APP_CFG_TASK_ADC12_STK_SIZE * (100 - APP_CFG_TASK_ADC12_STK_SIZE_PCT_FULL)) / 100 
#define APP_CFG_TASK_MyADC8_STK_SIZE_PCT_FULL 90 
#define APP_CFG_TASK_MyADC8_STK_SIZE_LIMIT (APP_CFG_TASK_MyADC8_STK_SIZE * (100 - APP_CFG_TASK_MyADC8_STK_SIZE_PCT_FULL)) / 100 
/*uC/LIB CONFIGURATION*/ 
#define LIB_MEM_CFG_ARG_CHK_EXT_EN DEF_DISABLED 
#define LIB_MEM_CFG_OPTIMIZE_ASM_EN DEF_DISABLED 
#define LIB_MEM_CFG_ALLOC_EN DEF_DISABLED18 
#define LIB_MEM_CFG_HEAP_SIZE 1024 
#define LIB_STR_CFG_FP_EN DEF_DISABLED 
/*TRACE / DEBUG CONFIGURATION*/ 
#define TRACE_LEVEL_OFF 0 
#define TRACE_LEVEL_INFO 1 
#define TRACE_LEVEL_DEBUG 2 
#define APP_TRACE_LEVEL TRACE_LEVEL_OFF 
#define APP_TRACE printf 
#define APP_TRACE_INFO(x) ((APP_TRACE_LEVEL >= TRACE_LEVEL_INFO) ? 									(void)(APP_TRACE x) : (void)0) 
#define APP_TRACE_DEBUG(x) ((APP_TRACE_LEVEL >= TRACE_LEVEL_DEBUG) ? 									(void)(APP_TRACE x) : (void)0) 
#endif 

ISR.c

CY_ISR(isr_sw2_Interrupt) 
{ 
#ifdef isr_sw2_INTERRUPT_INTERRUPT_CALLBACK 
isr_sw2_Interrupt_InterruptCallback(); 
#endif /* isr_sw2_INTERRUPT_INTERRUPT_CALLBACK */ 
/* Place your Interrupt code here. */ 
/* `#START isr_sw2_Interrupt` */ 
OS_ERR os_err; 
CPU_SR_ALLOC(); 
CPU_CRITICAL_ENTER(); 
OSIntNestingCtr++; 
/*通知μC/OS-III 进入中断*/ 
CPU_CRITICAL_EXIT(); 
OSSemPost(&sem_sw2, OS_OPT_POST_1, &os_err); 
OSIntExit(); 
/*通知μC/OS-III 退 出中断*/ 
}

7 测试与分析

8位分辨率ADC下的2V量程和12位分辨率ADC下的固定2V量程的测量结果：

8位分辨率ADC下的200mV量程和12位分辨率ADC下的固定2V量程的测量结果：

8位分辨率ADC下的20mV量程和12位分辨率ADC下的固定2V量程的测量结果：

8 结论与问题讨论

问题1：ADC采样精度不够高，导致测量结果不准确。
解决方案：可以通过增加采样次数并进行平均，或者对ADC进行校准和调整来提高采样精度。
问题2：SAR ADC的采样速度不够快，导致测量延迟较大。
解决方案：可以通过优化ADC采样的时钟频率和采样触发方式，或者使用DMA（直接存储器访问）来提高采样速度和降低延迟。