STM32學(xué)習(xí)筆記 | ADC采集數(shù)據(jù)常見問題
ADC，Analog-to-Digital Converter（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），其應(yīng)用非常廣泛，比如溫度、濕度、壓力、聲音等傳感器領(lǐng)域。
ADC的類型很多，STM32內(nèi)部集成的ADC為逐次逼近型。STM32雖然是通用MCU芯片，但它內(nèi)部集成的ADC也非常出色，不比一些專用ADC芯片差。
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STM32 ADC 基礎(chǔ)內(nèi)容
STM32內(nèi)部集成的ADC與型號有關(guān)，有16位、12位ADC，內(nèi)部集成ADC多達4個，通道數(shù)多達40個，甚至更多。
1. ADC分辨率
分辨率決定了ADC的轉(zhuǎn)換精度，按理說分辨率越高越好，但價格更貴。
STM32內(nèi)部集成的ADC最高16位，2的16次方，即65536的分辨率。只有少數(shù)STM32才集成16位分辨率的ADC，絕大部分支持12位。
當(dāng)然，有時出于提高轉(zhuǎn)換速率的考慮，可以軟件配置成10 位、 8 位或 6 位的分辨率。
2. ADC采樣率
采樣率指每秒進行AD轉(zhuǎn)換的次數(shù)，STM32的采樣率由ADCK時鐘，以及分頻比決定。
不同型號的STM32，其ADCCLK時鐘也有差異，具體可參看芯片對應(yīng)的手冊。
3. ADC通道
STM32的每個ADC有數(shù)條復(fù)用模擬輸入通道，具體通道數(shù)因不同系列及型號而異。片內(nèi)溫度傳感器、內(nèi)部參考電壓、VBAT還可以與內(nèi)部模擬通道相連，便于測量和使用。
4. ADC數(shù)據(jù)對齊
STM32的AD轉(zhuǎn)換后存儲數(shù)據(jù)的對齊方式可通過軟件配置成左對齊、右對齊。比如規(guī)則組12位分辨率左右對齊如下：
這里數(shù)據(jù)對齊還與規(guī)則組/注入組、分辨率等有關(guān)。
5.ADC觸發(fā)方式
STM32觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換的方式有很多種，軟件觸發(fā)、外部事件（如定時器事件、 EXTI 中斷事件）觸發(fā)轉(zhuǎn)換。
外部事件觸發(fā)還分為上升沿和下降沿觸發(fā)：
STM32 ADC基礎(chǔ)內(nèi)容及配置參數(shù)比較多，更多細節(jié)請查閱芯片對應(yīng)的參考手冊。
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STM32 ADC配置的參數(shù)相對較多，只要理解了ADC的基礎(chǔ)內(nèi)容，再結(jié)合STM32CubeMX或官方提供的例程，使用ADC就較容易了。
比如：最基礎(chǔ)的單通道配置（默認配置）：
1.STM32CubeMX
2.標準外設(shè)庫
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure; ENABLE); = ADC_Mode_Independent; = ADC_Prescaler_Div4; = ADC_DMAAccessMode_Disabled; = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure); = ADC_Resolution_12b; = DISABLE; = DISABLE; = ADC_ExternalTrigConvEdge_None; = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1; = ADC_DataAlign_Right; = 1; &ADC_InitStructure); ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_3Cycles); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
這里結(jié)合STM32F4，STM32CubeMX和標準外設(shè)庫描述了最基礎(chǔ)的參數(shù)配置。
STM32CubeMX圖形化工具配置起來很簡單，但前提需要理解各參數(shù)的含義。
每項獨立的參數(shù)其實不難理解，難在各項參數(shù)復(fù)合使用，比如：多通道、外部事件定時器觸發(fā)、DMA等。
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STM32內(nèi)部集成ADC是一個常用的模塊，單通道簡單采集電壓比較容易，但多通道、高頻次等一些特殊情況下，對軟件和硬件的要求更高。
問題一：參考電壓電阻問題
?STM32部分型號芯片具有VREF+、 VREF-參考電壓引腳。而且，參考電壓必須低于VDDA電壓。
?
實際應(yīng)用存在 VREF+ 與 VDDA 之間通過電阻（比如10K）連接的情況，這樣就會因電阻分壓導(dǎo)致測量值存在偏差。
解決辦法：VREF+ 與 VDDA通過0Ω電阻連接，同樣，VREF- 與 VDDS也要通過0歐電阻連接。
問題二：輸入引腳浮空問題
有工程師會會習(xí)慣性在外部信號和STM32引腳間加一個二極管。
如果外部電壓為0時，在STM32引腳處的狀態(tài)即為浮空狀態(tài)，讀取出來的電壓就是一個不確定值（通常為1/2VDD電壓）。
解決辦法：去掉二極管，同時增加外圍抗干擾電路。
問題三：多通道序列采集問題
在多通道采集時，采集電壓都為序列中第一個的電壓，通常是因為未理解規(guī)則組序列轉(zhuǎn)換，因軟件配置不對導(dǎo)致的問題。
解決辦法：首先要使能掃描模式，再次要正確配置規(guī)則組序列。（同樣的問題在使用DMA情況下也容易出現(xiàn)，需要正確理解連續(xù)轉(zhuǎn)換這些細節(jié)問題）。
問題四：通道間串?dāng)_問題
使用 ADC 常規(guī)通道的掃描模式采集多路模擬信號時，可能存在各路信號轉(zhuǎn)換相同結(jié)果的情況（實際各路電壓不同）。
問題原因是相鄰?fù)ǖ乐g透過采樣電容Cs發(fā)生了藕合。
當(dāng) ADC 的采樣電容在兩個通道之間進行切換時，電路類似如下圖：
解決辦法：增大 ADC 相鄰兩個通道采樣之間的延時：ADC_TwoSamplingDelay.
問題五：采樣時間與外部輸入阻抗不匹配
在做AD轉(zhuǎn)換時，我們需考慮信號輸入電路的阻抗，整體上，該阻值越大，為保證轉(zhuǎn)換精度，所需采樣時間就越長，STM32芯片可編程的采樣時間是有限的，顯然這個外部輸入阻抗也是有上限的。關(guān)于這點，在STM32芯片數(shù)據(jù)手冊里有關(guān)ADC特性的章節(jié)有詳細解釋，可以閱讀。
解決辦法：根據(jù)實際輸入阻抗和具體應(yīng)用來配置合適的采樣時間。
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