RP-HAL项目中ADC单次采样模式的实现方案

在嵌入式开发中，模拟数字转换器(ADC)的采样模式选择对系统性能有重要影响。本文将探讨在RP-HAL项目中实现ADC单次采样模式的几种技术方案。

单次采样模式的应用场景

单次采样模式特别适合低速采样的应用场景，例如：

• 环境温度监测（1Hz或更低频率）
• 电池电压检测
• 用户电位器调节
• 其他对实时性要求不高的模拟信号采集

这种模式下，ADC仅在需要时进行采样，可以显著降低系统功耗，特别适合电池供电设备。

RP-HAL中的实现方案

方案一：使用embedded-hal 0.2.x的OneShot特性

虽然RP-HAL主要基于embedded-hal 1.0.0，但依然可以通过依赖embedded-hal 0.2.x来使用其提供的OneShot特性。这种方案最为直接，代码简洁明了：

use embedded_hal_02::adc::OneShot;

let adc_pin1 = pins.gpio26.into_floating_input();
let adc_pin2 = pins.gpio27.into_floating_input();

let value1: u16 = adc.read(&mut adc_pin1).unwrap();
let value2: u16 = adc.read(&mut adc_pin2).unwrap();

方案二：使用底层寄存器控制

对于希望避免多版本依赖的开发者，可以直接操作RP2040的ADC寄存器：

1. 配置ADC控制寄存器为单次转换模式
2. 选择输入通道
3. 启动转换
4. 等待转换完成
5. 读取结果寄存器

这种方案提供了最大的灵活性，但需要开发者对硬件寄存器有深入了解。

方案三：FIFO缓冲区方案

对于需要轮询多个通道的场景，可以使用FIFO缓冲区结合RTIC定时器：

// 配置ADC使用FIFO
let mut adc = Adc::new(peripherals.ADC, &mut peripherals.RESETS);
adc.fifo_setup();
adc.set_round_robin(&[0, 1]); // 通道0和1轮询

// 在RTIC定时任务中
adc.fifo_unpause();
while adc.fifo_level() < 2 {
    // 等待两个通道数据
}
let ch0_value = adc.fifo_read().unwrap();
let ch1_value = adc.fifo_read().unwrap();
adc.fifo_pause();

这种方案虽然需要更多代码，但在多通道场景下效率更高，且避免了版本依赖问题。

方案比较与选择建议

方案	优点	缺点	适用场景
OneShot	代码简洁，易用性高	需要多版本依赖	快速原型开发
寄存器控制	无额外依赖，完全控制	代码复杂，维护困难	需要特殊配置的场景
FIFO方案	多通道效率高	实现稍复杂	多通道轮询场景

对于大多数应用，特别是初学者，推荐使用OneShot方案，它的简洁性可以加速开发过程。对于有特殊需求或希望减少依赖的开发者，FIFO方案提供了良好的平衡。只有在需要对ADC行为进行精细控制时，才建议直接操作寄存器。

最佳实践建议

1. 对于低频采样（如1Hz），考虑在采样间隔将ADC完全关闭以节省功耗
2. 在多通道应用中，合理设置采样间隔以避免通道间串扰
3. 对于关键应用，实现超时机制防止ADC挂起
4. 考虑在采样前加入少量延迟，确保信号稳定

通过合理选择ADC工作模式，开发者可以在满足应用需求的同时优化系统性能和功耗。