nRF5 SDK (15) - nRF52840-DK SAADC 제어
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15. nRF52840-DK SAADC 제어
이번 포스팅에서는 nRF5 SDK 에서 제공되는 예제 중 SAADC 관련 예제를 간단하게 살펴보고자 한다.
15.1 SAADC in nRF52840 SoC
현재 필자는 펌웨어 개발을 주로 하고 있어서 하드웨어 분야에 대해서는 잘 모르지만, ADC 설계는 파이프라인, 델타-시그마 등 어느 정도 용도에 따라 규격화된 몇몇 구조가 있는 듯 하다. 그 중 nRF52 시리즈에는 Successive approximation(SA) 구조로 설계된 8-channel ADC 가 내장되어 있다. (차동모드 적용시 4-channel)
주요 스펙은 다음과 같으며, 보다 자세한 특성은 데이터 시트를 참고하면 된다.
- Maximum sampling rate:
200 kHz - Resolution:
8, 10, 12, 14 bits - Oversampling:
0, 2 ~ 256x
15.2 SAADC example
nRF5 SDK 는 대부분의 주변기기 활용 방법에 대한 소스코드를 …examples/peripherals 폴더 내에서 제공해주고 있다.
참고로 해당 폴더에 있는 예제 프로젝트들은
SoftDevice를 사용하지 않으므로,BLE통신을 활성화 하는 프로젝트의 소스 코드와는 다소 차이가 있을 수는 있지만,nRF5 SDK에서 제공되는 주변기기 라이브러리를(e.g. UART, TWI, SPI, SAADC, GPIOTE...)를 어떻게 제어하면 되는지 대략적으로 참고할 수 있다.
SAADC 의 경우는 아래의 폴더에 있는 프로젝트에 그 활용 예가 정리되어 있다.
- nRF5 SDK 버전:
17.1.0
📁 nRF5_SDK.../examples/peripheral/saadc
다음은 위 프로젝트의 소스 코드의 main 함수 부분이다.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | /** * @brief Function for main application entry. */ int main(void) { uint32_t err_code = NRF_LOG_INIT(NULL); APP_ERROR_CHECK(err_code); NRF_LOG_DEFAULT_BACKENDS_INIT(); ret_code_t ret_code = nrf_pwr_mgmt_init(); APP_ERROR_CHECK(ret_code); saadc_init(); saadc_sampling_event_init(); saadc_sampling_event_enable(); NRF_LOG_INFO("SAADC HAL simple example started."); while (1) { nrf_pwr_mgmt_run(); NRF_LOG_FLUSH(); } } | cs |
위 소스 코드 중 핵심이 되는 부분은 다음의 세 줄이다.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | /** * @brief Function for main application entry. */ int main(void) { //... saadc_init(); saadc_sampling_event_init(); saadc_sampling_event_enable(); //... } | cs |
15.3 SAADC example 소스코드 분석
15.3.1 saadc_init();
먼저, saadc_init 함수 내에서는 saadc 모듈을 초기화 하는 함수를 호출하며, 이때 ADC 의 기본적인 채널 설정 값을 입력하도록 되어있다.
SE (Single Ended) 모드로 동작시킬지, Differential 모드로 동작시킬지 또한, 어떤 핀을 활성화 할 것인지 등을 선택할 수 있으며, 아래 예제 코드에서는 제공되고 있지 않으나,
nrf_saadc_channel_config_t타입의 변수를 이용해서 인터럽트의 우선순위나, ADC 해상도 (resolution), 오버 샘플링 기능등을 설정할 수도 있다.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | void saadc_init(void) { ret_code_t err_code; nrf_saadc_channel_config_t channel_config = NRF_DRV_SAADC_DEFAULT_CHANNEL_CONFIG_SE(NRF_SAADC_INPUT_AIN0); //NRF_SAADC_INPUT_AIN0 err_code = nrf_drv_saadc_init(NULL, saadc_callback); APP_ERROR_CHECK(err_code); err_code = nrf_drv_saadc_channel_init(0, &channel_config); APP_ERROR_CHECK(err_code); err_code = nrf_drv_saadc_buffer_convert(m_buffer_pool[0], SAMPLES_IN_BUFFER); APP_ERROR_CHECK(err_code); err_code = nrf_drv_saadc_buffer_convert(m_buffer_pool[1], SAMPLES_IN_BUFFER); APP_ERROR_CHECK(err_code); } | cs |
다음의 그림은 필자가 별도로 구성한 예제 프로그램 내의 소스 코드 중 하나 이상의 ADC 채널을 초기화 하는 부분의 코드이다. 약간 수정된 부분은 있지만, 기본적인 구조는 하나의 ADC 채널을 초기화 하는 로직과 유사한 것을 볼 수 있을 것이다
참고로 ADC
init()함수 마지막 부분을 보면nrf_drv_saadc_buffer_convert(,)함수를 호출하는 것을 볼 수 있다.nRF5 SDK예제에서 이를 두 번 호출하는 이유에 대해서는Double Buffering기능을 활성화하여 데이터 누락이 없도록 하기 위함이라 하는데, 정확히 맞는 설명인지는 모르겠다. (하나 이상의 ADC 초기화 할 때는Double Buffering컨셉이 제대로 적용되지 않았던 것 같다😴)
15.3.2 saadc_sampling_event_init();
본 예제에서는 PPI 기능을 활용해서 ADC 를 제어하는 방법을 보여주고 있으며, saadc_sampling_event_init 함수에서는 ADC 초기화 이후 PPI 기능을 이용해 ADC 와 Timer 를 연동시키는 작업을 수행한다.
PPI 는 노르딕 칩에서 제공되는 기능으로 CPU 개입 없이 내부 모듈 사이의 event 와 task 를 연동하기 위해 사용된다. 보다 자세한 내용은 사용하고자 하는 노르딕 칩의 데이터 시트를 확인하자.
가령, 본 예제에서처럼
Timer와ADC사이의 동작을 연동시키면,CPU개입 없이Timer의 카운터 값이 설정값에 도달했을 때 라는event가 발생하면,ADC전압을 측정해라 라는task를 자동으로 수행하게 할 수 있다.
예제의 소스 코드를 보면 400 ms 마다 Timer 틱 (tick)이 발생하도록 설정한 뒤에, 해당 틱이 발생했을 때 (event), ADC 샘플링을 수행하라고 task 를 설정해주는 함수가 작성되어있는 것을 볼 수 있을 것이다.
ADC 연동이 마무리 되면, saadc_sampling_event_enable() 함수를 호출해서 해당 기능을 활성화 하는 것으로 샘플링을 시작하게 된다.
15.3.4 활용 예시
앞서 살펴본 예제에서는 PPI 기능을 활용해 ADC 를 일정 시간마다 제어하고 있으나, ADC 초기화 이후에 nrf_drv_saadc_sample(); 함수를 호출하는 것으로 원하는 시점에 샘플링을 수행할 수도 있다.
또한, 위 예제에서의 틱 값을 조절하면 CPU 개입 없이도 고속으로 ADC 채널의 전압을 샘플링 할 수 있는데 (물론 충분한 버퍼를 할당해두어야할 것이다), 이를 이용하면 일정 주파수 범위 내의 교류 전압도 측정해볼 수 있을 것이다.
국내에서 일반 가정에 보급되는 교류의 주파수는
60 Hz이므로 초당 120 개 이상의 샘플을 측정해서 저장하면 원본 파형을 복원할 수 있을 것이다. 실제로 테스트 해보면, 초당1000개의 샘플 측정 시 (측정 간격을1 ms로 설정) 별도의 후속처리 없이도 원본 파형에 가까운 그래프가 얻어짐을 확인해볼 수 있었다
- 소스코드 적용 예시
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | void saadc_sampling_event_init(void) { ret_code_t err_code; // ... /* setup m_timer for compare event every 400ms */ uint32_t ticks = nrf_drv_timer_ms_to_ticks(&m_timer, 1); nrf_drv_timer_extended_compare(&m_timer, NRF_TIMER_CC_CHANNEL0, ticks, NRF_TIMER_SHORT_COMPARE0_CLEAR_MASK, false); nrf_drv_timer_enable(&m_timer); // ... } | cs |
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