基于STM32F407VG系列ADC（模数转换器）学习笔记-优快云博客

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ADC基本概念

STM32上的微控制器（MCU）只能处理数字量，如果需要MCU区分多值输入信号（连续的模拟信号）时，MCU直接做不了，需要将多值信号通过模数转换器，转成数字量供MCU处理。模数转换器一般用在各类传感器上，还有部分用在音视频处理上。
ADC:模数转换把连续的模拟量（例如温度湿度气压光照强度土壤氮磷钾…）转换为离散的数字量—传感器
DAC:数模转换把离散的数字量转换为连续的模拟量

ADC基本原理

ADC分为两个步骤：采样数据+转换。
ADC有两种模式：并联比较型+逐次趋近型，在STM32上的ADC为逐次趋近型，例如：一个12位的传感器、转换电压值（0~3.3v）、数字量=1000 电压=（1000/4096）*3.3v
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并联比较型ADC

由三个部分组成，分压电路+比较器+编码器
E：参考电压
Ux：模拟电压
举例：E=8V，Ux=3V, C比较器就会发现参考电压和模拟电压值相等，C机会输出有效信号，最终编码器输出数字量3
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逐次趋近型

跟C语言二进制的勾选法一样，先将最高位置1，判断是否大于最高位权重，如果是就保持置1，否则置0。从权重高的位逐次趋近于低位进行勾选，如果每次减去上一个权重结果再除以得到2结果，不小于当前位置的权重就将当前权重置1，否则置0。
STM32中的ADC为12位，所以转换结果范围是0~4095。

STM32F407VG系列上的ADC

一共有3个12位的ADC，他们都属于片上外设，挂载在APB2的时钟线上。
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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 Vbat通道的信号。这些通道的 ADC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。

12 位 ADC:转换结果范围 0~4095
16个外部通道:与IO口相关的
IN16:温度传感器
IN17:参考电压
IN18:Vbat 电源电压
数据对齐:一般选择右对齐。如果选择左对齐，DR寄存器是16位的，处理数据时需要对寄存器数据右移4位进行输出处理。

ADC框架图

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ADC的主要特性

ADC的时钟

在STM32F407VG平台上ADC挂靠在APB2 时钟，大小84MHz。
ADCCLK经过对APB时钟分频得到的，可进行2/4/6/8分频
器件的工作电压 (VDD) 要求介于1.8V到3.6V之间
1.8v~2.4v:慢速运行
2.4v~3.6v:全速运行
关于ADCCLK最大值的说明在数据手册5.3.20
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所以全速运行下，ADC的标准频率为30MHz，最小频率为0.6MHz，最大时钟为36MHz。

ADC的通道介绍

ADC可选择规则通道和注入通道进行数据转换。
规则通道:按照顺序依次有序的进行转换
注入通道:类似中断，注入通道有数据需要转换就立马进行转换
规则序列最多16个注入序列最多4个
同一个ADC下规则序列下的通道不能同时进行转换的，因为只有一个规则数据寄存器，一般情况下选择规则通道
同一个ADC下注入序列下的通道是可以同时进行转换的，有四个注入数据寄存器，一般不使用注入序列

ADC单次转换模式

如果选择单次转换，ADC只转换一次值然后就停止。
以规则通道为例:
在单次转换模式下， ADC 执行一次转换。 CONT 位为 0 时，
将 ADC_CR2 寄存器中的 SWSTART 位置 1（仅适用于规则通道）开启转换。
完成所选通道的转换之后：
1.转换数据存储在 16 位 ADC_DR 寄存器中
2.EOC（转换结束）标志置 1
3.EOCIE 位置 1 时将产生中断
然后， ADC 停止。

ADC连续转换模式

以规则通道为例:
在连续转换模式下， ADC 结束一个转换后立即启动一个新的转换。 CONT 位为 1 时，可通过外部触发或将 ADC_CR2 寄存器中的 SWSTRT 位置 1 来启动此模式（仅适用于规则通道）
1.转换数据存储在 16 位 ADC_DR 寄存器中
2.EOC（转换结束）标志置 1
3.EOCIE 位置 1 时将产生中断
然后、ADC不会停止，继续下一次转换。

ADC扫描模式

适用与多通道转换时
通过将 ADC_CR1 寄存器中的 SCAN 位置 1 来选择扫描模式。将此位置 1 后， ADC 会扫描在 ADC_SQRx 寄存器（对于规则通道）或 ADC_JSQR 寄存器（对于注入通道）中选择的所有通道。为组中的每个通道都执行一次转换。每次转换结束后，会自动转换该组中的下一个通道。如果将 CONT 位置 1，规则通道转换不会在组中最后一个所选通道处停止，而是再次从第一个所选通道继续转换。
所以，如果扫描一次就结束，需要将CONT位置1.

采样时间及快速模式

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如果传感器没有给到转换时间、建议可以大一点的采样周期。
例如:转换时间10us 主频21MHz
采样时间（周期）该如何选择
一个周期=1/21 us 总时长:10us
10/(1/21)=210周期

ADC配置相关寄存器

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ADC转换程序设计流程及思路

1.打开时钟（GPIOx ADCn）
2.GPIOx配置—模拟输入
3.扫描模式
4.分辨率（12位）
5.单次/连续模式
6.结束转换选择（EOCS）
7.数据对齐
8.采样时间
9.转换总数
10.转换顺序（第几次转换）
11.ADC分频选择
12.使能ADC
13.获取转换值的函数（开启转换判断标志位读取DR的值）
可以使用中断也可以不用中断

以单通道的光敏模块为例，获取当前的光照强度

1.根据器件原理图以及器件的参考资料
光敏电阻模块对环境光线最敏感，一般用来检测周围环境的光线的亮度，触发单片机或继电器模块等；
模块在环境光线亮度达不到设定阈值时， DO 端输出高电平，当外界环境光线亮度超过设定阈值时， DO端输出低电平；
DO 输出端可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光线亮度改变；
DO 输出端可以直接驱动继电器模块，由此可以组成一个光控开关。
2.配置寄存器以及GPIO口输入
PB1引脚接光敏模块的模拟输出端口，PB1配置为模拟输入。PB1对应的是ADC12_IN9通道。
根据数据手册第三章找到PB1对应的ADC通道号
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void adc_config(void)
{
	RCC->AHB1ENR |= (1<<1);//打开PB时钟
	RCC->APB2ENR |= (1<<9);//打开ADC2的时钟
	//配置IO口为模拟输入模式
	GPIOB->MODER |= (3<<2);//PB1端口配置为模拟输入模式
	//配置ADC2寄存器
	ADC2->CR1 &= ~(1<<8);//关闭扫描模式
	ADC2->CR1 &= ~(1<<11);//规则通道不连续采样
	ADC2->CR1 &= ~(3<<24);//分辨率选择12
	ADC2->CR2 &= ~(1<<1);//单次转换
	ADC2->CR2 |= (1<<10);//EOCS置1，每次转换结束EOC位置1
	ADC2->CR2 &= ~(1<<11);//数据右对齐
	ADC2->SMPR2 |= (7<<27);//通道9选择采样时间为480个周期
	ADC2->SQR1 &= ~(15<<20);//规则序列长度选择1，1次转换
	ADC2->SQR3 |= (9<<0);//第一次转换通道9数据
	ADC->CCR |= (1<<16);//ADC进行4分频
	
	ADC2->CR2 |= (1<<0);//ADC使能
}
void get_adc_value(void)
{
	u32 value=0;
	ADC2->CR2 |= (1<<30);//开启规则通道
	while(!(ADC2->SR & (1<<1)));//转换结束
	value=ADC2->DR;
	printf("光照强度=%d\r\n",value);
}

主函数内调用函数

#include "main.h"

int main()
{
	Usart1_Config();
	adc_config();
	while(1)
	{
		get_adc_value();
		delay_ms(500);
	}
}

实现效果

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