STM32学习笔记 & 模拟/数字转换ADC 10

模拟/数字转换ADC

简介

12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行

ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中

模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值

ADC的输入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2经分频产生

主要特性

● 12位分辨率

● 转换结束、注入转换结束和发生模拟看门狗事件时产生中断

● 单次和连续转换模式

● 从通道0到通道n的自动扫描模式

● 自校准

● 带内嵌数据一致性的数据对齐

● 采样间隔可以按通道分别编程

● 规则转换和注入转换均有外部触发选项

● 间断模式

● 双重模式(带2个或以上ADC的器件)

● ADC转换时间：

─ STM32F103xx增强型产品：时钟为56MHz时为1μs(时钟为72MHz为1.17μs)

─ STM32F101xx基本型产品：时钟为28MHz时为1μs(时钟为36MHz为1.55μs)

─ STM32F102xxUSB型产品：时钟为48MHz时为1.2μs

─ STM32F105xx和STM32F107xx产品：时钟为56MHz时为1μs(时钟为72MHz为1.17μs)

● ADC供电要求：2.4V到3.6V

● ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+

● 规则通道转换期间有DMA请求产生

ADC结构框图

ADC开关控制

通过设置ADC_CR2寄存器的ADON位可给ADC上电。当第一次设置ADON位时，它将ADC从断电状态下唤醒。

ADC上电延迟一段时间后(tSTAB)，再次设置ADON位时开始进行转换。

通过清除ADON位可以停止转换，并将ADC置于断电模式。在这个模式中，ADC几乎不耗电(仅几个μA)。

ADC 转换组分类

规则组

● 规则组由多达16个转换组成。规则通道和它们的转换顺序在ADC_SQRx寄存器中选择。

规则组中转换的总数应写入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]位中

注入组

● 注入组由多达4个转换组成。注入通道和它们的转换顺序在ADC_JSQR寄存器中选择。注入

组里的转换总数目应写入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]位中

触发注入模式

清除ADC_CR1寄存器的JAUTO位，并且设置SCAN位，即可使用触发注入功能。

1. 利用外部触发或通过设置ADC_CR2寄存器的ADON位，启动一组规则通道的转换。

2. 如果在规则通道转换期间产生一外部注入触发，当前转换被复位，注入通道序列被以单次扫描方式进行转换。

3. 然后，恢复上次被中断的规则组通道转换。如果在注入转换期间产生一规则事件，注入转换不会被中断，但是规则序列将在注入序列结束后被执行。

自动注入模式 JAUTO

如果设置了JAUTO位，在规则组通道之后，注入组通道被自动转换。这可以用来转换在

ADC_SQRx和ADC_JSQR寄存器中设置的多至20个转换序列。

在此模式里，必须禁止注入通道的外部触发。

如果除JAUTO位外还设置了CONT位，规则通道至注入通道的转换序列被连续执行

注意： 不可能同时使用自动注入和间断模式

Note：规则组可以被注入组打断转换

ADC 转换模式

单次转换模式 

单次转换模式下，ADC只执行一次转换。该模式既可通过设置ADC_CR2寄存器的ADON位(只

适用于规则通道)启动也可通过外部触发启动(适用于规则通道或注入通道)，这时CONT位为0。

一旦选择通道的转换完成：

● 如果一个规则通道被转换：

─ 转换数据被储存在16位ADC_DR寄存器中

─ EOC(转换结束)标志被设置

─ 如果设置了EOCIE，则产生中断。

● 如果一个注入通道被转换：

─ 转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中

─ JEOC(注入转换结束)标志被设置

─ 如果设置了JEOCIE位，则产生中断。

然后ADC停止。

连续转换模式 CONT

在连续转换模式中，当前面ADC转换一结束马上就启动另一次转换。此模式可通过外部触发启

动或通过设置ADC_CR2寄存器上的ADON位启动，此时CONT位是1。

每个转换后：

● 如果一个规则通道被转换：

─ 转换数据被储存在16位的ADC_DR寄存器中

─ EOC(转换结束)标志被设置

─ 如果设置了EOCIE，则产生中断。

● 如果一个注入通道被转换：

─ 转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中

─ JEOC(注入转换结束)标志被设置

─ 如果设置了JEOCIE位，则产生中断

扫描模式 SCAN

此模式用来扫描一组模拟通道。

扫描模式可通过设置ADC_CR1寄存器的SCAN位来选择。

一旦这个位被设置，ADC扫描所有被ADC_SQRX寄存器(对规则通道)或ADC_JSQR(对注入通道)选中的所有通道。

在每个组的每个通道上执行单次转换。在每个转换结束时，同一组的下一个通道被自动转换。

如果设置了CONT位，转换不会在选择组的最后一个通道上停止，而是再次从选择组的第一个通道继续转换。

如果设置了DMA位，在每次EOC后，DMA控制器把规则组通道的转换数据传输到SRAM中。

而注入通道转换的数据总是存储在ADC_JDRx寄存器中

间断模式 DISCEN

规则组

此模式通过设置ADC_CR1寄存器上的DISCEN位激活。它可以用来执行一个短序列的n次转换

(n<=8)，此转换是ADC_SQRx寄存器所选择的转换序列的一部分。数值n由ADC_CR1寄存器的

DISCNUM[2:0]位给出。

一个外部触发信号可以启动ADC_SQRx寄存器中描述的下一轮n次转换，直到此序列所有的转

换完成为止。总的序列长度由ADC_SQR1寄存器的L[3:0]定义。

举例：

n=3，被转换的通道 = 0、1、2、3、6、7、9、10

第一次触发：转换的序列为 0、1、2

第二次触发：转换的序列为 3、6、7

第三次触发：转换的序列为 9、10，并产生EOC事件

第四次触发：转换的序列 0、1、2

注意： 当以间断模式转换一个规则组时，转换序列结束后不自动从头开始。

当所有子组被转换完成，下一次触发启动第一个子组的转换。在上面的例子中，第四次触发重

新转换第一子组的通道 0、1和2。

注入组

此模式通过设置ADC_CR1寄存器的JDISCEN位激活。在一个外部触发事件后，该模式按通道

顺序逐个转换ADC_JSQR寄存器中选择的序列。

一个外部触发信号可以启动ADC_JSQR寄存器选择的下一个通道序列的转换，直到序列中所有

的转换完成为止。总的序列长度由ADC_JSQR寄存器的JL[1:0]位定义。

例子：

n=1，被转换的通道 = 1、2、3

第一次触发：通道1被转换

第二次触发：通道2被转换

第三次触发：通道3被转换，并且产生EOC和JEOC事件

第四次触发：通道1被转换

注意：

1 当完成所有注入通道转换，下个触发启动第1个注入通道的转换。在上述例子中，第四个触发重新转换第1个注入通道1。

2 不能同时使用自动注入和间断模式

3 必须避免同时为规则和注入组设置间断模式。间断模式只能作用于一组转换。

温度传感器

温度传感器可以用来测量器件周围的温度

温度传感器在内部和ADC1_IN16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

温度传感器模拟输入推荐采样时间是17.1μs

当没有被使用时，传感器可以置于关电模式

内部温度传感器更适合于检测温度的变化，而不是测量绝对的温度。如果需要测量精确的温度，应该使用一个外置的温度传感器

ADC温度传感器特性

 温度(°C) = {(V25 - VSENSE) / Avg_Slope} + 25

Temp_Value = (1.43 - ADC_Conversion_Voltag_Value)/0.0043+25

模拟看门狗

如果被ADC转换的模拟电压低于低阀值或高于高阀值，AWD模拟看门狗状态位被设置。

阀值位于ADC_HTR和ADC_LTR寄存器的最低12个有效位中。通过设置ADC_CR1寄存器的AWDIE位以允许产生相应中断

通过配置ADC_CR1寄存器，模拟看门狗可以作用于1个或多个通道

ADC STM32 CUBE_MX 配置 

ADC HAL库函数List

stm32f1xx_hal_adc.c

/* ADC初始化和去初始化函数 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_Init(ADC_HandleTypeDef* hadc);
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_DeInit(ADC_HandleTypeDef *hadc);
/* 初始化MSP回调函数 */
void                    HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* hadc);
void                    HAL_ADC_MspDeInit(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/* ADC回调函数注册 */
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_RegisterCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc, HAL_ADC_CallbackIDTypeDef CallbackID, pADC_CallbackTypeDef pCallback);
/* ADC回调函数注销 */
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_UnRegisterCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc, HAL_ADC_CallbackIDTypeDef CallbackID);
/* ADC启动和停止函数 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc);
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/* 轮询方式查询转换是否完成 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t Timeout);
/* 轮询方式查询模拟看门狗事件是否产生 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_PollForEvent(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t EventType, uint32_t Timeout);

/* ADC启动并使能ADC EOC转换完成中断 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_Start_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/* ADC停止并失能ADC EOC转换完成中断 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_Stop_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);

/* ADC启动并开启DMA传输 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_Start_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t* pData, uint32_t Length);
/* ADC停止并停止DMA传输 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_Stop_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/* 查询规则转换组转换值*/
uint32_t                HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/* ADC 规则组通道配置*/
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_ConfigChannel(ADC_HandleTypeDef* hadc, ADC_ChannelConfTypeDef* sConfig);
/* ADC 模拟看门狗配置*/
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADC_AnalogWDGConfig(ADC_HandleTypeDef* hadc, ADC_AnalogWDGConfTypeDef* AnalogWDGConfig);

中断及回调函数

/* ADC 中断服务函数 */
void                    HAL_ADC_IRQHandler(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/* ADC EOC规则组转换完成中断回调 */
void                    HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/* ADC JEOC注入组转换完成中断回调 */
void                    HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/* ADC DMA传输半完成中断回调 */
void                    HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/* ADC 模拟看门狗中断回调 */
void                    HAL_ADC_LevelOutOfWindowCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/* ADC DMA传输错误中断回调 */
void                    HAL_ADC_ErrorCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc);

stm32f1xx_hal_adc.h

typedef struct
{
    uint32_t DataAlign; /*数据对齐方式*/

    uint32_t ScanConvMode; /*扫描模式配置*/

    FunctionalState ContinuousConvMode; /*连续转换模式*/

    uint32_t NbrOfConversion; /*连续转换通道数配置*/

    FunctionalState  DiscontinuousConvMode; /*间断模式配置*/

    uint32_t NbrOfDiscConversion; /*间断模式转换数*/

    uint32_t ExternalTrigConv; /*外部触发配置*/

}ADC_InitTypeDef; /*ADC 初始化结构体*/

typedef struct 
{
    uint32_t Channel; /*选择要配置的规则通道*/ ADC_CHANNEL_0 ~ ADC_CHANNEL_17

    uint32_t Rank; /*配置规则通道转换序列*/ ADC_REGULAR_RANK_1 ~ ADC_REGULAR_RANK_16

    uint32_t SamplingTime; /*配置规则通道采样率*/

}ADC_ChannelConfTypeDe; /*ADC 规则通道配置结构体*/

typedef struct
{
    uint32_t WatchdogMode; /*配置模拟看门狗工作模式*/ mode: single/all

    uint32_t Channel; /*配置模拟看门狗监控通道*/ 只有在配置为单通道模式时使用

    FunctionalState  ITMode; /*配置模拟看门狗中断使能*/

    uint32_t HighThreshold; /*配置模拟看门狗高阈值*/

    uint32_t LowThreshold; /*配置模拟看门狗低阈值*/

    uint32_t WatchdogNumber; /*保留未使用*/

}ADC_AnalogWDGConfTypeDef; /*ADC 模拟看门狗配置结构体*/

typedef struct __ADC_HandleTypeDef
{
    ADC_TypeDef                   *Instance;              /*!< 寄存器基地址 */

    ADC_InitTypeDef               Init;                   /*!< ADC 初始化结构体 */

    DMA_HandleTypeDef             *DMA_Handle;            /*!< DMA 句柄 */

    HAL_LockTypeDef               Lock;                   /*!< ADC locking object */
  
    __IO uint32_t                 State;                  /*!< ADC communication state (bitmap of ADC states) */

    __IO uint32_t                 ErrorCode;              /*!< ADC Error code */

}ADC_HandleTypeDef; /*ADC 句柄*/

stm32f1xx_hal_adc_ex.c

/*ADC 自校准函数 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADCEx_Calibration_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/*ADC 注入组转换开始/停止 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADCEx_InjectedStart(ADC_HandleTypeDef* hadc);
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADCEx_InjectedStop(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/*ADC 注入通道轮询查询EOC转换标志 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADCEx_InjectedPollForConversion(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t Timeout);
/*ADC 注入组转换开始/停止 带中断使能/失能 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADCEx_InjectedStart_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADCEx_InjectedStop_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);
/*ADC 注入组转换数据查询 */
uint32_t                HAL_ADCEx_InjectedGetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t InjectedRank);
/*ADC 注入通道配置 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADCEx_InjectedConfigChannel(ADC_HandleTypeDef* hadc,ADC_InjectionConfTypeDef* sConfigInjected);
/*ADC 双ADC模式通道配置 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADCEx_MultiModeConfigChannel(ADC_HandleTypeDef *hadc, ADC_MultiModeTypeDef *multimode);
/*ADC 双ADC模式转换数据查询 */
uint32_t                HAL_ADCEx_MultiModeGetValue(ADC_HandleTypeDef *hadc);
/*ADC 双ADC模式DMA方式启动/停止 */
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(ADC_HandleTypeDef *hadc, uint32_t *pData, uint32_t Length);
HAL_StatusTypeDef       HAL_ADCEx_MultiModeStop_DMA(ADC_HandleTypeDef *hadc); 

stm32f1xx_hal_adc_ex.h

typedef struct 
{
    uint32_t InjectedChannel; /*注入通道配置*/

    uint32_t InjectedRank; /*注入通道转换序列*/

    uint32_t InjectedSamplingTime; /*注入通道采样率配置*/

    uint32_t InjectedOffset; /*注入通道数据便宜配置*/

    uint32_t InjectedNbrOfConversion; /*注入通道转换数选择*/

    FunctionalState InjectedDiscontinuousConvMode; /*注入通道间断模式*/

    FunctionalState AutoInjectedConv; /*注入通道自动注入配置*/

    uint32_t ExternalTrigInjecConv; /*注入通道外部触发配置*/

}ADC_InjectionConfTypeDef; /*注入通道配置结构体*/

typedef struct
{
    uint32_t Mode; /*双ADC模式选择*/

}ADC_MultiModeTypeDef; /*双ADC模式配置*/

Author：HU&DA