stm32.cube（四）——HAL.ADC

Stm32的Adc具有12位的精度，共有16個(gè)外部通道和2個(gè)內(nèi)部通道。不同通道的 A/D 轉(zhuǎn)換可以在單一、連續(xù)、掃描或者間斷模式下進(jìn)行。它的其他特性還包括支持模擬看門狗和DMA。

和大多數(shù)外設(shè)一樣，Adc在使用前必須初始化時(shí)鐘源，并從掉電模式喚醒該設(shè)備。建議在初始化Adc后立即運(yùn)行一次校準(zhǔn)，以減少準(zhǔn)確性錯(cuò)誤。

對(duì)于16個(gè)可復(fù)用的通道，可以將通道分成兩種類型的組。常規(guī)組和注入組，組序列保存在寄存器ADC_SQRx和ADC_JSQR中。常規(guī)組可以包含最多16個(gè)通道，注入組最多包含4個(gè)通道。

注入組可以理解為常規(guī)組的一種中斷，當(dāng)注入組的采集被觸發(fā)時(shí)，常規(guī)組的采集會(huì)被中斷。直到注入組采集完之后，常規(guī)組才開始繼續(xù)采集。

如果只想采集一個(gè)通道的數(shù)值，只將一個(gè)通道寫入組里。想采集多個(gè)通道的數(shù)值，就將多個(gè)通道寫入組里。當(dāng)一個(gè)組包含多個(gè)通道時(shí)，要開啟掃描模式， adc對(duì)組中的每一個(gè)通道根據(jù)寄存器里的序列進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換。

要觸發(fā)一次ad轉(zhuǎn)換，可以由內(nèi)部軟件觸發(fā)，或者外部觸發(fā)。要不要使用外部觸發(fā)由控制寄存器里的EXTTRIG位來指定。

內(nèi)部觸發(fā)自然是通過寫控制寄存器里的相應(yīng)位來觸發(fā)。而外部觸發(fā)則可以有八種觸發(fā)源可供選擇，所以常規(guī)組和注入組在控制寄存器里各有3個(gè)位來指定哪個(gè)外部事件可觸ad轉(zhuǎn)換。外部觸發(fā)源一般是定時(shí)器或者是外部中斷線事件。

一次采集被由內(nèi)部或者外部觸發(fā)后，可以只采集一次，也可以一直連續(xù)采集。如果是一組通道，采集完最后一個(gè)通道時(shí)，會(huì)回到序列中的第一個(gè)通道繼續(xù)采集。

每次采集完成后都會(huì)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存在一個(gè)寄存器里，并置位采集完成位，根據(jù)設(shè)定產(chǎn)生中斷。

間斷模式是將常規(guī)和注入組里的序列再切割成更小的組。

比如一個(gè)常規(guī)組含有9個(gè)頻道，利用間斷模式并設(shè)置控制寄存器的位，可以將9個(gè)頻道分成3組。這樣一次觸發(fā)只會(huì)采集3個(gè)通道，而不是采集9個(gè)通道，連續(xù)觸發(fā)3次才能采集完9個(gè)通道。

Adc模塊允許對(duì)采樣頻率進(jìn)行修改，以滿足對(duì)采樣速率的不同需求。考慮到Adc時(shí)序里需要一個(gè)穩(wěn)定期，實(shí)際使用時(shí)還要面臨各種DMA請(qǐng)求和中斷嵌套，建議不要使用過高的采樣頻率，并考慮系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)負(fù)載的臨界值。

可以通過修改ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 寄存器中的 SMP[2:0]來設(shè)置采樣頻率。

設(shè)置相應(yīng)的寄存器可以為Adc指定上下閥值，當(dāng)采集到電壓值超過閥值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生中斷。

當(dāng)在掃描模式和連續(xù)模式下，顯然每次都將保存采集值的寄存器數(shù)據(jù)讀出來處理是來不及的。設(shè)置Adc的DMA使能，可以讓每次轉(zhuǎn)換過的數(shù)值都經(jīng)DMA傳到指定的內(nèi)存空間里。

對(duì)于轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，可以設(shè)置左對(duì)齊或是右對(duì)齊，以支持不同的處理和傳輸?shù)男枰?/p>1.11 雙adc模式

具有兩個(gè)adc的設(shè)備可以使用的模式。在這種模式下，通常adc1做主設(shè)備，adc2做從設(shè)備。從設(shè)備的觸發(fā)有主設(shè)備來發(fā)起。

主設(shè)備的常規(guī)組/注入組的觸發(fā)成為從設(shè)備觸發(fā)的條件，而主設(shè)備可以被設(shè)置為等待從設(shè)備采集一段時(shí)間后才開始采集，雙adc模式下有許多種方式可以支持不同的主從同步。

HAL里的Adc函數(shù)相較stmlib里的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，它的私有成員就不做敘述了，因?yàn)槿绾螌?shí)現(xiàn)HAL的結(jié)構(gòu)性代碼并不是我們關(guān)心的問題。這里只描述一下Adc的輸出函數(shù)。

同GPIO的初始化一樣，Adc的初始化使用幾個(gè)結(jié)構(gòu)體來進(jìn)行。不同的是由于Adc較之GPIO更加復(fù)雜，所以對(duì)Adc屬性的描述分成了幾個(gè)不同的結(jié)構(gòu)體。

ADC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體原型

typedef struct

{

uint32_t DataAlign;

uint32_t ScanConvMode;

uint32_t ContinuousConvMode;

uint32_t NbrOfConversion;

uint32_t DiscontinuousConvMode;

uint32_t NbrOfDiscConversion;

uint32_t ExternalTrigConv;

}ADC_InitTypeDef;

從上到下依次描述：

字節(jié)序、是否使用掃描模式、單一/連續(xù)模式、常規(guī)組序列、是否使用間斷模式、間斷模式中一個(gè)組的通道數(shù)量、外部觸發(fā)的方式。

HAL_ADC_init函數(shù)的參數(shù)是一個(gè)指向ADC_HandleTypeDef結(jié)構(gòu)體的指針，這個(gè)結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)元素，就是一個(gè)指向ADC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體的指針。所以初始化ADC前，要先定義一個(gè)ADC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體，賦值給每個(gè)成員變量。然后把它的地址寫入一個(gè)ADC_HandleTypeDef結(jié)構(gòu)體的成員。

ADC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體原型

/**

* @brief ADC handle Structure definition

*/

typedef struct

{

ADC_TypeDef *Instance; /*!< Register base address */

ADC_InitTypeDef Init; /*!< ADC required parameters */

__IO uint32_t NbrOfConversionRank ; /*!< ADC conversion rank counter */

DMA_HandleTypeDef *DMA_Handle; /*!< Pointer DMA Handler */

HAL_LockTypeDef Lock; /*!< ADC locking object */

__IO HAL_ADC_StateTypeDef State; /*!< ADC communication state */

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

}ADC_HandleTypeDef;

可以看到它除了包含一個(gè)指向ADC_InitTypeDef的指針之外，還包含指向寄存器的指針、互斥鎖、一個(gè)描述狀態(tài)的變量、一個(gè)保存錯(cuò)誤代碼的變量、一個(gè)指向DMA結(jié)構(gòu)體的指針。所有與對(duì)Adc進(jìn)行操作的函數(shù)都使用這個(gè)結(jié)構(gòu)體的指針作為參數(shù)。

HAL有一個(gè)自己的鎖，這樣即使程序員在多個(gè)線程里沒有使用信號(hào)量來對(duì)外設(shè)進(jìn)行讀寫控制，HAL層也會(huì)獨(dú)立保證對(duì)外設(shè)進(jìn)行特殊操作時(shí)的原子性。

ADC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體只描述了一部分Adc的屬性。所以有ADC_ChannelConfTypeDef結(jié)構(gòu)體來描述單個(gè)通道在組序列里的排序位置及它的工作速率，ADC_AnalogWDFConfTypeDef結(jié)構(gòu)體來描述一個(gè)模擬看門狗的閥值和中斷模式。而HAL_ADC_ConfigChannel和HAL_ADC_AnalogWDGconfig()函數(shù)用來處理這兩個(gè)結(jié)構(gòu)體。

在初始化Adc時(shí)鐘和使能設(shè)備后，至少需要設(shè)置四個(gè)結(jié)構(gòu)體，調(diào)用三個(gè)函數(shù)，才能將Adc初始化完畢。

開始與結(jié)束

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef* hadc);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t* pData, uint32_t Length);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc);

HAL_ADC_START()、HAL_ADC_START_DMA()、HAL_ADC_START_IT()三個(gè)函數(shù)分別表示開始一次采集（直接軟觸發(fā)或者等待外部觸發(fā)），后兩個(gè)函數(shù)表示數(shù)據(jù)用DMA傳輸和使能中斷。中斷處理函數(shù)是HAL_ADC_IRQHander()。

callback函數(shù)

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc);

void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc);

void HAL_ADC_LevelOutOfWindowCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc);

void HAL_ADC_ErrorCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc);

Adc中斷、DMA傳輸、看門狗超過閥值、發(fā)生Adc錯(cuò)誤，這些函數(shù)返回前都調(diào)用了Callback函數(shù)，用來在非中斷模式下處理Adc數(shù)據(jù)，如果想進(jìn)行一些操作可以直接修改Callback函數(shù)。

取轉(zhuǎn)換后的數(shù)值

/* ADC retrieve conversion value intended to be used with polling or interruption */

uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc);

HAL_ADC_GetValue()用來區(qū)寄存器值。

等待函數(shù)

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t Timeout);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForEvent(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t EventType, uint32_t Timeout);

1

2

在非中斷和DMA模式下，采集數(shù)據(jù)需要等待一次采集的完成，或者某些事件的發(fā)生。HAL_ADC_PollForConversion函數(shù)和HAL_ADC_PollForEvent函數(shù)用來等待這兩者。

三、例子

只用一個(gè)通道采集的初始化例子

static void ADC_Config(void)

{

ADC_ChannelConfTypeDef sConfig;

ADC_AnalogWDGConfTypeDef AnalogWDGConfig;

/* Configuration of ADCx init structure: ADC parameters and regular group */

AdcHandle.Instance = ADCx;

AdcHandle.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;

AdcHandle.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;