STM32 ADC篇

最新推荐文章于 2025-02-25 11:25:53 发布

陽临

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文章标签： stm32 嵌入式硬件单片机

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Level_5/article/details/143747331

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ADC（Analog-Digital Converter）模拟-数字转换器：可以将引脚上连续变化的模拟电压转换为内存中存储的数字变量，建立模拟电路到数字电路的桥梁

STM32ADC资源：

12位逐次逼近型ADC，1us转换时间
输入电压范围：0~3.3V，转换结果范围：0~4095
18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源
规则组和注入组两个转换单元
模拟看门狗自动监测输入电压范围

ADC框图

左侧ADCx_INx和内部通道温度传感器、V_REFINT为ADC的18个输入通道，接着进入模拟多路开关，可指定需要的开关，经过开关后进入模数转换器，转换结果放入数据寄存器中，再读取数据寄存器，即可得到ADC转换结果

模拟多路开关：

在STM32中，模拟多路开关可选择多路通道，转换时可分为两个组：注入通道组和规则通道组，注入通道组最多可选中4个通道，且有四个数据寄存器，规则通道组可一次性最多选中16个通道，但只有一个数据寄存器，故多路输出时需配合DMA。

ADC触发信号源：

1、软件触发：利用代码触发

2、硬件触发：由于可能需要频繁触发，为避免使用中断触发导致大大降低cpu运行效率，可采用硬件触发

3、外部中断触发：通过中断触发ADC

电源电路：

在输入端上方有V_REF+、V_REF-、V_DDA、V_SSA，前二者是ADC的参考电压，决定ADC输入电压，后二者是ADC供电引脚，一般情况下，前后二者对应的正极接正极，负极接负极

驱动时钟：

模数转换器右侧ADCCLK是用于驱动内部逐次比较的时钟，来自ADC的预分频器，且最大为14MHz，只能选择6或者8分频，结果为12MHz或者9MHz

模拟看门狗：

模拟看门狗中可村饭搞一个阈值高限和阈值底限，启动模拟看门狗并指定看门通道后，看门狗会时刻关注对应的通道，一旦超出阈值范围，则会申请模拟看门狗中断通向。

对于注入组和规则组，转换完成后，也有一个EOC转换完成的信号，其中QOC对应规则组，JEOC对应注入组，会在状态寄存器中置一个标志位，读取标志位即可得知转换是否结束，同时两个标志位也能申请中断

规则组的四种转换模式

在ADC的初始化结构体中有两个参数，决定了单次转换/连续转换和扫描模式/非扫描模式，二者排列组合，即为四种转换模式；其中，单次转换即为一次转换后即停止，下一次触发信号到来时，再进行下一次转换；连续转换则反之，不需要下一个触发信号也能一直转换也无需判断是否转换完成，直接从数据寄存器读取数据即可；非扫描模式下，转换列表中只有第一位有效，一次只能转换一位；扫描模式则反之，一次能转换指定通道数目，并配合DMA存放入数据寄存器

单次转换，非扫描模式

连续转换，非扫描模式

单次转换，扫描模式

连续转换，扫描模式

触发控制

转换可以由外部事件触发(例如定时器捕获，EXTI线)。如果设置了EXTTRIG控制位，则外部事件就能够触发转换。EXTSEL[2:0]和JEXTSEL2:0]控制位允许应用程序选择8个可能的事件中的某一个，可以触发规则和注入组的采样。

数据对齐

数据寄存器为16位，故12位的DMA存在数据对齐的问题

数据左对齐：12位的数据向右靠，高位补0，读取时直接为结果

数据右对齐：12位的数据向左靠，低位补0，读取的数据为实际数据*16

转换时间

AD转换的步骤：采样，保持，量化，编码

STM32 ADC的总转换时间为： T_CONV = 采样时间 + 12.5个ADC周期

例如：当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5个ADC周期：

T_CONV = 1.5 + 12.5 = 14个ADC周期 = 1μs

采样时间越大，越能避免部分毛刺信号的干扰；ADC周期即为RCC分频而来的ADCCLK

校准

ADC有一个内置自校准模式。校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的准精度误差。校准期间，在每个电容器上都会计算出一个误差修正码(数字值)，这个码用于消除在随后的转换中每个电容器上产生的误差，建议在每次上电后执行一次校准，启动校准前， ADC必须处于关电状态超过至少两个ADC时钟周期

实现代码

相关库函数

rcc.h
void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2);


adc.h
//规则组
void ADC_DeInit(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);
void ADC_StructInit(ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);
void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_DMACmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_ITConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT, FunctionalState NewState);
void ADC_ResetCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);
FlagStatus ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);
FlagStatus ADC_GetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
FlagStatus ADC_GetSoftwareStartConvStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_DiscModeChannelCountConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t Number);
void ADC_DiscModeCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);
void ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);
uint32_t ADC_GetDualModeConversionValue(void);

//注入组
void ADC_AutoInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_InjectedDiscModeCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_ExternalTrigInjectedConvConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint32_t ADC_ExternalTrigInjecConv);
void ADC_ExternalTrigInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_SoftwareStartInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
FlagStatus ADC_GetSoftwareStartInjectedConvCmdStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_InjectedChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);
void ADC_InjectedSequencerLengthConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t Length);
void ADC_SetInjectedOffset(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_InjectedChannel, uint16_t Offset);
uint16_t ADC_GetInjectedConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_InjectedChannel);

//模拟看门狗配置
void ADC_AnalogWatchdogCmd(ADC_TypeDef* ADCx, uint32_t ADC_AnalogWatchdog);
void ADC_AnalogWatchdogThresholdsConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t HighThreshold, uint16_t LowThreshold);
void ADC_AnalogWatchdogSingleChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel);

//开启内部双通道
void ADC_TempSensorVrefintCmd(FunctionalState NewState);

//读取寄存器值、标志位及其清除
FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);
void ADC_ClearFlag(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);
ITStatus ADC_GetITStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT);
void ADC_ClearITPendingBit(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT);

规则组单通道软件触发ADC实现代码

//AD.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void AD_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);						//6分频
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;			//模拟输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	
	//单通道、多通道配置，若需多通道，则多放几个该函数
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//软件触发
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;		//单次转换非扫描模式	
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					//一个通道
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
	
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//开启AD转换器
	
	//ADC校准
	ADC_ResetCalibration(ADC1);
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	
	//ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);   				// 使能指定的ADC的软件转换启动功能
}

uint16_t AD_GetValue(void)
{
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == RESET);
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}


//main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "delay.h"
#include "LED.h"
#include "KEY.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"

int main(void)
{
	delay_init();
	OLED_Init();
	AD_Init();
	OLED_ShowString(1,1, "ADValue:");
	OLED_ShowNum(1, 9, 0000, 4);
	
	uint16_t AD_Value;
	
	while(1)
	{
		AD_Value = AD_GetValue();
		OLED_ShowNum(1, 9, AD_Value, 4);
	}
}