一、概述
本文章將介紹如何透過 NXP LPC55 系列中的 ADC 2 Channel differential input，透過晶片硬體架構一次 sampling 2 個 ADC 參數，藉以提高 ADC sampling 的速度。
Single-ended mode 如圖 1 所示，透過 VINA ( ADC0_0 Channel ) Pin 將外部轉換電壓訊號輸入給 Converter，轉換完畢時回饋 A 的 data 給 ADC 的 RESFIFO Storage Buffer。 ( 如圖 1 橘框所示 )
圖 1 ( 註 1 )Dual-single-ended mode 如圖 2 所示，同時透過 VINA ( ADC0_0 Channel ) Pin 與 VINB ( ADC0_8 Channel ) Pin 將 2 個外部轉換電壓訊號輸入給 Converter，轉換完畢時批次回饋 A 與 B 的 data 給 ADC 的 RESFIFO Storage Buffer，藉此達到 ADC 同時 Sampling 的效果。
圖 2 ( 註 1 )二、 需求物件：
2.1 硬體
2.1.1 NXP LPC55S28 EVK 詳細規格如下列網址所示：
2.1.2 示波器
2.1.3 Type A to mini B USB Cable : 1 pcs
2.2 軟體
2.2.1 MCUXPRESSO ( IDE ) 軟體開發環境如下列網址所示：
2.2.2 NXP LPC55S28 SDK 原廠提供的 LPC55S28 EVK Sample Code 如下列網址所示：
https://mcuxpresso.nxp.com/en/welcome
三、 操作方式：
3.1 首先我們將會先演示 Single-ended mode 的範例，並透過 GPIO 做 output 訊號給示波器量測，而後再將 Code 改為 Dual-single-ended mode，以同樣的方式量測訊號比較差異。
NXP LPC55S28 EVK 板上配置有燒錄功能的 IC，如下圖 3 紅框。
圖 3 ( 註 2 )3.2 將 USB Cable 連結到模組板 USB Connector，USB Cable 另一端連結到 PC 如圖 4。
圖 4 ( 註 2 )3.3 執行 MCUXPRESSO 並將 NXP 的 SDK 導入到 IDE 中，操作流程如圖 5、6。
3.3.1 點擊 import SDK example(s)；
3.3.2 彈出 SDK import Wizard 視窗，點選 LPC55S28；
3.3.3 點選 Next；
3.3.4 點選 sample code lpadc_interrupt；
3.3.5 點選 Finish 完成 Project 建立。
圖 5
圖 63.4 為避免 function 執行 interrupt 造成 ADC Sampling rate 誤判，點選 project 中的 lpadc_interrupt.c 尋找 /* Enable the watermark interrupt. */ 程式，將下列 Function 註解掉。( 如圖 7 )
LPADC_EnableInterrupts(DEMO_LPADC_BASE, kLPADC_FIFO0WatermarkInterruptEnable)
LPADC_EnableInterrupts(DEMO_LPADC_BASE, kLPADC_FIFOWatermarkInterruptEnable)
EnableIRQ(DEMO_LPADC_IRQn)
圖 73.5 SDK 中已建立 ADC0_0 Channel 的 PIO setting，需於 Project 中的 pin_mux.c 中建立如圖 8 紅框的參數，以利在 SDK 中建立新一組 ADC0_8 Channel 的 PIO setting
3.5.1 宣告一變數 port0_pin16_config 將對 P0_16 ( ADC0_8 ) 的相關參數儲存其中，參數如下：
a ) IOCON_PIO_FUNC0 : 選擇 IOCON function 為 0 ( GPIO 功能 )；
b ) IOCON_PIO_MODE_INACT : 針對該 Port Pin 不做內部上、下拉電阻功能；
c ) IOCON_PIO_SLEW_STANDARD : 選擇 Driver slew rate 為 Standard-mode；
d ) IOCON_PIO_INV_DI : 當 GPIO 為 input時輸入功能不反轉；
e ) IOCON_PIO_ANALOG_EN : 啟用類比通道；
f ) IOCON_PIO_OPENDRAIN_DI : 設定為 digital input；
g ) IOCON_PIO_ASW_EN : 方案 MCU 為 1B 版 ( CPU 150 MHz ) 因此此處設定為開啟；
3.5.2 IOCON_PinMuxSet function 中有 4 個參數需填入如下：
a ) IOCON : 對應到 LPC5528 的 IOCON register address ( 0x40001000 )；
b ) 0U : 對應到硬體規劃的 GPIO Port 上 ( 這邊宣告為 Port 0 )；
c ) 16U : 對應到硬體規劃的 GPIO Port Pin 上 ( 這邊宣告為 Port 0 Pin 16 )；
d ) port_pin_config : 該參數用來定義 IOCON register 的參數，詳細參數說明如 3.5.1 所示。
圖 83.6 同樣於 Project 中的 pin_mux.c 中建立 PIO0_13 作為 output，以利後續使用示波器來測量 ADC Sampling time 的訊號來源 ( 如圖 9 )，此外需 include fsl_gpio.h 作為建立 PIO0_13 作為 output時的相關參數定義 。( 如圖 10 )
3.6.1 宣告一變數 led_config 將對 GPIO output 的相關參數儲存其中，參數如下：
a ) . pinDirection: 宣告為 kGPIO_DigitalOutput；
b ) . outputLogic : GPIO_PinInit function 中為 Output 輸出為 Low；
3.6.2 GPIO_PinInit function 中有 4 個參數需填入如下：
a ) GPIO : 對應到 LPC5528 的 GPIO register address ( 0x4008C000 )；
b ) 0 : 對應到硬體規劃的 GPIO Port 上 ( 這邊宣告為 Port 0 )；
c ) 13 : 對應到硬體規劃的 GPIO Port Pin 上 ( 這邊宣告為 Port 0 Pin 13 )；
d ) led_config : 該參數用來定義 GPIO register 的 In/Out put 與 Output 時的輸出邏輯為 high 或 low，詳細參數說明如 3.6.1 所示。
圖 9
圖 103.7 SDK 中已建立 ADC0_0 Channel，於 lpadc_interrupt.c 中建立如圖 11 紅框的參數，以利在 SDK 中建立新一組 ADC0_8 Channel。
圖 113.8 SDK 中已建立 ADC0_0 Channel 的 init，於 lpadc_interrupt.c 中建立如圖 12 紅框的 init code，inti ADC0_8 Channel。
3.8.1 LPADC_GetDefaultConvCommandConfig(&ADC0_8_Command) : 獲取 ADC defaultConvCommandConfig 的參數值，後續將針對除了 default 以外 ADC ConvCommandConfig 所需變更的參數進行設定。
a ) ADC0_8_Command.sampleChannelMode = kLPADC_SampleChannelSingleEndSideB：在 MCU IP 中 ADC0_8 定義為 SingleEndSideB，因此在這邊將該參數至入 ADC0_8_Command 中；
b ) ADC0_8_Command.channelNumber = ADC0_8 : 將 ADC0_8 Channel 參數設定到 ADC0_8_Command 中；
3.8.2 LPADC_SetConvCommandConfig function 中有 2 個參數需填入如下，並將參數設定到 ADC register 中 :
a ) DEMO_LPADC_BASE : 對應到 LPC5528 的 ADC register address 0x400A0000；
b ) DEMO_LPADC_USER_CMDID 8: 對應 LPC5528 的 ADC command low buffer register 為第幾組，DEMO_LPADC_USER_CMDID8 參數為 9；
c ) ADC0_8_Command : 該參數用來定義 ADC register 中的 CMDL 與 CMDH 參數，詳細參數說明如 3.8.1 所示。
3.8.3 LPADC_GetDefaultConvTriggerConfig(&ADC0_8_Tigger) : 獲取 ADC defaultConvTriggerConfig 的參數值，後續將針對除了 default 以外 ADC ConvTriggerConfig 所需變更的參數進行設定。
a ) ADC0_8_Tigger.targetCommandId = DEMO_LPADC_USER_CMDID8 : 將對應的 ADC0_8 Tigger 參數設定到 targetCommandId 中，後續當 對應的 ADC0_8 Tigger 被出發時，ADC0_8 則會開始執行 Sampling；
b ) ADC0_8_Tigger.enableHardwareTrigger = false : 將 Hardware Trigger 關；
3.8.4 LPADC_SetConvTriggerConfig function 中有 3 個參數需填入如下，並將參數設定到 ADC register 中 :
a ) DEMO_LPADC_BASE : 對應到 LPC5528 的 ADC register address 0x400A0000；
b ) 8U : 對應 LPC5528 的 ADC Trigger control register 為第幾組，8U 參數為 8；
c ) ADC0_8_Tigger : 該參數用來定義 ADC register 中的 TCTRL 參數，詳細參數說明如 3.8.3 所示。
圖 123.9 為避免 function 執行 UART Print 降低 ADC Sampling rate，點選 project 中的 lpadc_interrupt.c 將下列 Function 註解掉。 ( 如圖 13 )
圖 133.10 於 while 中重新建立透過 software trigger 作 ADC Sample 的機制。 ( 如圖 14 )
3.10.1 GPIO->SET[0] = 1 << 13：針對 PIO0_13 做 SET output pull high 功能，本範例中透過該 GPIO 切換變化，並使用示波器來測量 ADC Sampling time 的訊號來源。
3.10.2 ADC0->SWTRIG = 0x1 : 設定 software 為 1，表示該指令下達時 ADC0_0 開始 Sampling。
3.10.3 while(ADC_CH0_source == 0){ADC_CH0_source = ADC0->RESFIFO[0];}：當 ADC_CH0_source 取得非 0 的值時表示 ADC Sampling完畢，若持續為 0 則持續訪問 ADC0->RESFIFO[0] 的 register。
3.10.4 ADC_CH0 = (ADC_CH0_source & ADC_RESFIFO_D_MASK) >> g_LpadcResultShift：當需要再 IDE 上查看 ADC Sampling 到的參數時開啟該段 code，若不需則暫時排除，避免佔用 ADC Sampling rate 的量測時間。
3.10.5 同 3.10.2 ~ 3.10.4 的步驟，為開啟 ADC0_8 的 Sampling步驟。
3.10.6 將 ADC_CH0_source 與 ADC_CH8_source 歸 0。
3.10.7 GPIO->CLR[0] = 1 << 13：針對 PIO0_13 做 SET output pull low 功能。
圖 143.11 修改 code 並點擊 build 按鈕。( 如圖 15 紅框所示 )
圖 153.12 點擊 GUI Flash Tool 進行燒錄動作。
3.12.1 點擊 GUI Flash Tool 如圖 16 紅框；
3.12.2 點擊 OK 選擇已 Link 的燒錄器 如圖 17 紅框；
3.12.3 點擊 Run 執行燒錄 如圖 18 紅框；
3.12.4 燒錄完畢後點擊 OK 如圖 19 紅框；
圖 16
圖 17
圖 18
圖 193.13 點擊 EVK 上的 reset 按鈕後即刻透過示波器量測 PIO0_13 量測 ADC Sample 速率，在使用 Sample Code 的狀況下 Single-ended mode ADC 2 個 Channel 的 Sampling rate 為 159.2 kHz。( 如圖 20 )
圖 203.14 Dual-single-ended mode Code 的修改地方如下：
3.14.1 在 LPADC_SetConvCommandConfig(DEMO_LPADC_BASE, DEMO_LPADC_USER_CMDID, &mLpadcCommandConfigStruct) 前追加參數， mLpadcCommandConfigStruct.sampleChannelMode = kLPADC_SampleChannelDualSingleEndBothSide，藉此設定 Dual-single-ended mode 如圖 21。
圖 213.14.2 將 ADC0_8_Command.sampleChannelMode = kLPADC_SampleChannelSingleEndSideB 參數註解掉，避免 ADC0_8 被規畫到 Single-ended mode 如圖 22。
圖 223.14.3 將 Single-ended mode 的 code 註解掉 如圖 23。
3.14.4 GPIO->SET[0] = 1 << 13：針對 PIO0_13 做 SET output pull high 功能，本範例中透過該 GPIO 切換變化，並使用示波器來測量 ADC Sampling time 的訊號來源。
3.15.5 ADC0->SWTRIG = 0x1 : 設定 software 為 1，表示該指令下達時 ADC0_0 開始 Sampling，因以變更為 Dual-single-ended mode 因此 ADC0_8 也會同時Sampling。
3.15.6 while( ADC_CH0_source == 0 && ADC_CH8_source == 0){ADC_CH0_source = ADC0->RESFIFO[0];ADC_CH8_source = ADC0->RESFIFO[0];}：當 ADC_CH0_source 與 ADC_CH8_source 取得非 0 的值時表示 ADC Sampling完畢，若持續為 0 則持續訪問 ADC0->RESFIFO[0] 的 register。
3.15.7 ADC_CH0 = (ADC_CH0_source & ADC_RESFIFO_D_MASK) >> g_LpadcResultShift：當需要再 IDE 上查看 ADC Sampling 到的參數時開啟該段 code，若不需則暫時排除，避免佔用 ADC Sampling rate 的量測時間。
3.15.8 ADC_CH8 = (ADC_CH8_source & ADC_RESFIFO_D_MASK) >> g_LpadcResultShift：定義同 3.15.7。
3.15.9 將 ADC_CH0_source 與 ADC_CH8_source 歸 0。
3.15.10 GPIO->CLR[0] = 1 << 13：針對 PIO0_13 做 SET output pull low 功能。
圖 233.15 接下來的步驟則與 3.11、3.12 相同，點擊 EVK 上的 reset 按鈕後即刻透過示波器量測 PIO0_13 量測 ADC Sample 速率，在使用 Sample Code 的狀況下 Dual-single-ended mode ADC 2 個 Channel 的 Sampling rate 為 284.1 kHz。( 如圖 24 )
圖 24四、結論：
比較最終量測結果，同時轉換 2 個 ADC Channel 時 Single-ended mode 的 Sampling rate 為 159.2 kHz、Dual-single-ended mode 的 Sampling rate 為 284.1 kHz，Dual-single-ended 較 Single-ended mode 快 124.9 kHz。
註 1：作者：NXP Semiconductors；出處：NXP 文件 UM11126 的 Fig.147
註 2：作者：NXP Semiconductors；出處：NXP 文件 UM11158的 Fig.1