STM32F407ZG 模数转换器ADC & 内部温度传感器 & 光敏传感器

最新推荐文章于 2025-09-07 14:18:47 发布

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#stm32 #单片机 #arm

本文详细介绍了STM32F4系列微控制器的模数转换器ADC的使用，包括寄存器配置、转换模式、采样时间、内部温度传感器和光敏传感器的应用。通过实例展示了如何配置ADC进行温度和光强测量，并提供了相应的代码实现。实验结果显示，ADC能够准确测量温度和光敏二极管的电压变化，为实际应用提供了参考。

模数转换器ADC

模数转换，顾名思义是引脚上的连续模拟电压转换为内存中存储的数字变量，ADC的工作就是为模拟电路到数字电路搭建桥梁。

简介

STM32F4xx系列一般都有 3 个 ADC ，这些 ADC 可以独立使用，也可以使用双重/三重模式（提高采样率）。
STM32F4xx系列使用12 位 ADC 是逐次趋近型模数转换器。它具有多达 19 个复用通道，可测量来自 16 个外部源、两个内部源和 V_BAT 通道的信号。这些通道的 A/D 转换可在单次、连续、扫描或不连续采样模式下进行。ADC 的结果存储在一个左对齐或右对齐的 16 位数据寄存器中。
ADC 具有模拟看门狗特性，允许应用检测输入电压是否超过了用户自定义的阈值上限或下限。

ADC特性

ADC引脚

STM32F407ZGT6包含有 3 个 ADC 。 STM32F4 的 ADC 最大的转换速率为 2.4 Mhz ，也就是
转换时间为 1us （在 ADCCLK= 36 M, 采样周期为 3 个 ADC 时钟下得到），不建议让 ADC 的时钟超
过 36 M ，否则将导致结果准确度下降。

ADC框图
ADC转换包含了两种通道，注入通道和规则通道，简单来说，规则通道即普通情况下的转换，注入通道则相当于中断，可以打断规则通道下的转换，在注入通道转换完成后才重新回到规则通道的转换。

多重ADC模式
具体见官方手册。
可实现以下四种模式：
● 注入同时模式
● 规则同时模式
● 交替模式
● 交替触发模式
也可按以下方式组合使用上述模式：
● 注入同时模式 + 规则同时模式
● 规则同时模式 + 交替触发模式

寄存器

状态寄存器 SR

OVR 是溢出标志
比较重要的就是 STRT （规则通道）和 JSTRT （注入通道）两个转换开始的标志，以及 EOC （规则通道）和 JEOC （注入通道）转换结束的标志。
AWD 是模拟看门狗事件发生标志。
上述各位由硬件置1，需要软件清0。其中， EOC 在读取 DR 数据寄存器后也会清0。

控制寄存器 CR1 & CR2

CR1
只介绍一些实验会用到的位。
在这里插入图片描述

PS：
ADC的分辨率指的是模数转换器所能表示的最大数是多少，即ADC的位数，如果ADC是10位ADC，那么分辨率是2的10次方，即1024的分辨率，如果模拟量是温度，测量范围是0~100度，那么可以把100度分成1024份，每一份你都能感知，当温度有100/1024度的变化时，能测量出来。
ADC的采样率指ADC每秒钟会进行多少次的模拟量转数字量的操作，如10K/s就是说ADC每秒钟，就采集了10K个模拟量，并将模拟量转换为数字量。当采样声时，一般的采样率是44Kbps/s，当采样温度时，几K/s的采样率就够了。

CR2
带 EXT 的都是外部触发相关，具体见官方手册。
比较重要的有：
在这里插入图片描述

通用控制寄存器 CCR

在这里插入图片描述

ADC 采样时间寄存器 SMPR1 & SMPR2

在这里插入图片描述

内部温度传感器

简介

STM32F4有一个内部的温度传感器，可以用来测量 CPU 及周围的温度。该温度传感器在内部和 ADC 1 _IN16（STM32F40xx/F41xx 系列）或 ADC1_IN18（STM32F42xx/F43xx系列）输入通道相连接，此通道把传感器输出的电压转换成数字值。 STM32F4 的内部温度传感器支持的温度范围为： 40~125度。精度为± 1. 5 ℃左右。
STM32F4内部温度传感器的使用很简单，只要设置一下内部 ADC ，并激活其内部温度传感器通道。具体见实验。

光敏传感器

简介

光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、 CCD 和 CMOS 图像传感器等。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。
光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。

光敏二极管

光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的其管芯是一个具有光敏特征的 PN 结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。
无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时饱和反向漏电流大大增加，形成光电流它随入射光强度的变化而变化。当光线照射 PN 结时，可以使 PN 结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。利用这个电流变化，我们串接一个电阻，就可以转换成电压的变化，从而通过ADC 读取电压值，判断外部光线的强弱。

实验

ADC配置步骤

开启 PA 口时钟和 ADC1 时钟，设置 PA 5 为模拟输入。
特别注意，对于IO 口复用为 ADC 我们要设置模式为模拟输入，而不是复用功能，也不需要调用 GPIO_PinAFConfig 函数（此函数里没有复用为ADC的选项）来设置引脚映射关系。
设置 ADC 的通用控制寄存器 CCR ，配置 ADC 输入时钟分频，模式为独立模式等。
即创建 ADC_CommonInitTypeDef 类型结构体进行初始化。
初始化 ADC1 参数，设置 ADC1 的转换分辨率，转换方式，对齐方式，以及规则序列等相关信息。即创建 ADC_InitTypeDef 类型结构体进行初始化。
开启 AD 转换器。即调用 Cmd 函数。
设置规则序列1的通道，开启 ADC 转换，在转换完成后即可读取 ADC 的值。
注意 ADC 测量的电压不应超过3.3V，否则可能会被烧坏。

内部温度传感器实验

配置步骤

配置ADC1，具体见上一节。其中STM32F407ZG 内部温度传感器设置在 ADC1 的通道 16 上。
激活 ADC 的内部通道，通过 ADC_CCR 的 TSVREFE 位（ bit23 ）设置。即函数：
ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);// 使能内部温度传感器
读取 ADC 数据寄存器即温度传感器引脚的电压值，再通过如下公式：
T (℃) = { (V_sense - V₂₅) / Avg_Slope } + 25
上式中：
V₂₅ 是 V_sense 在 25 度时的数值（典型值为： 0.76 ）。
Avg_Slope 是温度与 V_sense 曲线的平均斜率（单位为 mv/℃或 uv/℃）（典型值为2.5mV /℃）。
即可计算得到内部CPU周围的温度。

代码

ADC配置

void adc_init(void)
{
   
   
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    
    //使能GPIOA和ADC1时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN; //模拟输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //PA5
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN; //下拉
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    //复位ADC1
    RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphResetCmd