stc32g128k/Drivers/adc.c

#include "adc.h"
#include "../App/system.h"

/**
 * @brief 初始化 STC32G 硬件 ADC 模块
 * @details 配置 P0.3 (KEY_DOWN) 与 P1.3 (BATT_ADC) 为高阻输入模式，
 *          上电开启 ADC 内部电源并配置结果对齐格式为右对齐。
 */
void ADC_Init(void)
{
    // 1. 配置 P0.3 和 P1.3 引脚模式为高阻输入 (M1=1, M0=0)
    P0M1 |= (1 << 3);
    P0M0 &= ~(1 << 3);

    P1M1 |= (1 << 3);
    P1M0 &= ~(1 << 3);

    // 配置 P1.2 (CHRG_DET / ADC2) 为高阻输入模式
    P1M1 |= (1 << 2);
    P1M0 &= ~(1 << 2);

    // 2. 开启 ADC 模块主电源 (ADC_POWER = 1)
    ADC_POWER = 1;

    // 3. 配置 ADCCFG 寄存器:
    // RESFMT (bit 5) = 1: 转换结果右对齐 (ADC_RES 存高4位, ADC_RESL 存低8位)
    // 底部 4 位 SPEED: 设置 ADC 转换工作时钟频率 (0x0F 表示最快速度)
    ADCCFG = 0x2F;

    // 4. 软启动延迟，等待 ADC 模块内部电源稳定
    Delay_ms(2);
}

/**
 * @brief 单次读取指定 ADC 通道的原始 12 位转换结果
 * @param channel ADC 通道号 (0~15)
 * @return u16 12 位 ADC 采样原始值 (0 ~ 4095)
 */
u16 ADC_ReadRaw(u8 channel)
{
    u16 adc_val = 0;

    // 选择指定通道并保持电源开启
    ADC_CONTR = (ADC_CONTR & 0xF0) | (channel & 0x0F);
    
    // 延时等待通道切换电容充放电稳定
    Delay_us(10);

    // 启动 A/D 转换
    ADC_START = 1;

    // 阻塞等待转换结束 (ADC_FLAG 置 1)
    while (!ADC_FLAG);

    // 清除转换完成标志
    ADC_FLAG = 0;

    // 读取 12 位右对齐结果 (ADC_RES 取低 4 位，结合 ADC_RESL 构成 12 位数据)
    adc_val = ((u16)(ADC_RES & 0x0F) << 8) | ADC_RESL;

    return adc_val;
}

/**
 * @brief 5 次采样排序取中值滤波算法
 * @param channel ADC 通道号 (0~15)
 * @return u16 滤波后的 12 位 ADC 采样结果
 */
u16 ADC_ReadFiltered(u8 channel)
{
    u16 buf[5];
    u8 i, j;
    u16 temp;

    // 连续采集 5 次数据
    for (i = 0; i < 5; i++) {
        buf[i] = ADC_ReadRaw(channel);
    }

    // 冒泡排序法进行升序排列
    for (i = 0; i < 4; i++) {
        for (j = 0; j < 4 - i; j++) {
            if (buf[j] > buf[j + 1]) {
                temp = buf[j];
                buf[j] = buf[j + 1];
                buf[j + 1] = temp;
            }
        }
    }

    // 取中间第 3 个值 (索引 2) 作为有效滤波输出，有效去除偶然性噪声尖峰
    return buf[2];
}

/**
 * @brief 检测 USB 充电是否插入
 * @return bit 0=未充电, 1=充电中
 * @note TP4054 CHRG 开漏输出：
 *       - 未充电/充满：CHRG 为高阻（被内部上拉拉高）
 *       - 充电中：CHRG 为低电平
 *       返回值 1 表示正在充电，0 表示未充电或充满。
 */
bit Is_Charging(void)
{
    u32 val = ADC_ReadFiltered(ADC_CHANNEL_CHRG_DET);
    u32 det_mv = (val * 3300UL) / 4095UL;

    // 0.8V ~ 1.8V (800mV ~ 1800mV)：正在充电
    if (det_mv >= 800 && det_mv <= 1800) {
        return 1;
    }
    return 0;
}

/**
 * @brief 检测 KEY_DOWN (P0.3) 按键电平是否按下
 * @details KEY_DOWN 节点未按下时电压约 2.0V，按下后升至约 3.7V。
 * @return bit 1: 按下, 0: 常态未按下
 */
bit ADC_IsKeyDown(void)
{
    u16 val = ADC_ReadFiltered(ADC_CHANNEL_KEY_DOWN);
    // 若采样值超过阈值 KEY_DOWN_ADC_THRESHOLD (3300)，判定为按键被按下
    if (val > KEY_DOWN_ADC_THRESHOLD) {
        return 1;
    }
    return 0;
}

/**
 * @brief 获取 P1.3 电池分压计算得出的实际电池电压值 (单位: mV)
 * @details 硬件电阻分压电路: R15 (10kΩ) 上拉, R16 (22kΩ) 下拉。
 *          分压公式: V_node = V_bat * (22 / 32) => V_bat = V_node * (32 / 22)
 *          根据 ADC 采样: V_node(mV) = adc_val * 3300 / 4095
 *          真实电池电压 V_bat(mV) = (adc_val * 3300 * 32) / (4095 * 22)
 * @return u16 电池总电压 (mV, 例如 3850 代表 3.85V)
 */
u16 ADC_GetBatteryVoltage_mV(void)
{
    u32 adc_val = ADC_ReadFiltered(ADC_CHANNEL_BATTERY);
    u32 vbat_mv;

    // 经用户实测校准：
    // 当电池真实电压为 4.0V (4000mV) 时，10k/22k 分压点万用表实测为 2.7V，单片机读取的过滤 ADC 原值约为 2357。
    // 换算公式：V_bat(mV) = adc_val * 4000 / 2357
    vbat_mv = (adc_val * 4000UL) / 2357UL;

    return (u16)vbat_mv;
}

/**
 * @brief 计算电池剩余电量百分比 (0% ~ 100%)
 * @details 锂电池标准电压区间定义:
 *          4.20V (4200mV) 对应 100%
 *          3.30V (3300mV) 对应 0%
 * @return u8 电量百分比 (0 ~ 100)
 */
u8 ADC_GetBatteryPercent(void)
{
    u16 vbat = ADC_GetBatteryVoltage_mV();

    if (vbat >= 4200) {
        return 100;
    }
    if (vbat <= 3300) {
        return 0;
    }

    // 线性百分比换算: percent = (vbat - 3300) * 100 / (4200 - 3300)
    return (u8)(((u32)(vbat - 3300) * 100UL) / 900UL);
}