STM32：詳解ADC

STM32——ADC

一、ADC指標

? ? ? ? 有 18 個通道，可測量 16 個外部和 2 個內(nèi)部信號源。各通道的 A/D 轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行 ；ADC的結(jié)果可以左對齊或右對齊方式存儲在 16 位數(shù)據(jù)寄存器中 ；模擬看門狗特性允許應用程序檢測輸入電壓是否超出用戶定義的高 / 低閾值。

對于 ADC 來說，我們最關(guān)注的就是它的分辨率、轉(zhuǎn)換時間、ADC 類型、參考電壓范圍：

（1）分辨率：12 位分辨率。不能直接測量負電壓，所以沒有符號位，即其最小量化單位 LSB= Vref+ / 2¹² 。

（2）轉(zhuǎn)換時間：轉(zhuǎn)換時間是可編程的。采樣一次至少要用 14 個 ADC 時鐘周期，而 ADC 的時鐘頻率最高為 14MHz，也就是說，它的采樣時間最短為 1us。足以勝任中、低頻數(shù)字示波器的采樣工作。

（3）ADC類型：STM32 的是逐次比較型 ADC。

（4）參考電壓

? ? ? ? STM32的 ADC 是不能直接測量負電壓的，而且其輸入的電壓信號的范圍為 ：V REF- ≤ V IN ≤ V REF+。當需要測量負電壓或測量的電壓信號超出范圍時，要先經(jīng)過運算電路進行平移或利用電阻分壓。

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二、ADC工作過程

? ? ? ? 輸入信號經(jīng)過這些通道被送到 ADC 部件，ADC 部件需要受到觸發(fā)信號才開始進行轉(zhuǎn)換，如 EXTI 外部觸發(fā)、定時器觸發(fā)，也可以使用軟件觸發(fā)。ADC 部件接收到觸發(fā)信號之后，在 ADCCLK 時鐘的驅(qū)動下對輸入通道的信號進行采樣，并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，其中ADCCLK 是來自 ADC 預分頻器的。

? ? ? ? ADC 部件轉(zhuǎn)換后的數(shù)值被保存到一個 16 位的規(guī)則通道數(shù)據(jù)寄存器（或注入通道數(shù)據(jù)寄存器）之中，我們可以通過 CPU 指令或 DMA 把它讀取到內(nèi)存（變量）。模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，可以觸發(fā) DMA 請求或者觸發(fā) ADC 的轉(zhuǎn)換結(jié)束事件。如果配置了模擬看門狗，并且采集得的電壓大于閾值，會觸發(fā)看門狗中斷。

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三、ADC采集數(shù)據(jù)【DMA模式】

? ? ? ? 在 STM32 中，使用 ADC 時往往采用 DMA 傳輸方式，由 DMA 把 ADC 外設轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?SRAM，再進行處理，甚至直接把 ADC 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到串口發(fā)送給上位機?！局袛嘈蔬€是不夠】

1、配置GPIO端口

? ? ? ? 配置完成 ADC 及 DMA 后，ADC 就不停地采集數(shù)據(jù)，而 DMA自動地把 ADC 采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至內(nèi)存中的變量 ADC_ConvertedValue 中，所以在 main 函數(shù)的 while 循環(huán)中使用的 ADC_ConvertedValue都是實時值。?

/*
使能?DMA?時鐘、GPIO?時鐘及?ADC1?時鐘。然后把?ADC1?的通道?11?使用的?GPIO?引腳?PC1?配置成模擬輸入模式，在作為?ADC?的
輸入時，必須使用模擬輸入。每個?ADC?通道都對應一個?GPIO?引腳端口，GPIO?的引腳在設置為模擬輸入模式后可用于模擬電壓的輸入。
*/
static?void?ADC1_GPIO_Config(void)
{
??GPIO_InitTypeDef?GPIO_InitStructure;

??RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,?ENABLE);?/*?使能DMA時鐘?*/
??RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1?|?RCC_APB2Periph_GPIOC,?ENABLE);?/*?使能ADC和GPIOC時鐘?*/

??/*?配置PC1位模擬輸入，輸入模式不用設置速率?*/
??GPIO_InitStructure.GPIO_Pin?=?GPIO_Pin_1;
??GPIO_InitStructure.GPIO_Mode?=?GPIO_Mode_AIN;
??GPIO_Init(GPIOC,?&GPIO_InitStructure);
}

2、配置DMA和ADC模式

typedef?enum?{DISABLE?=?0,?ENABLE?=?!DISABLE}?FunctionalState;

typedef?struct
{
??uint32_t?ADC_Mode;
??FunctionalState?ADC_ScanConvMode;
??FunctionalState?ADC_ContinuousConvMode;
??uint32_t?ADC_ExternalTrigConv;
??uint32_t?ADC_DataAlign;
??uint8_t?ADC_NbrOfChannel;
}?ADC_InitTypeDef;

（1）ADC_Mode：用于測量電阻分壓后的電壓值，要求不高，只使用一個 ADC 就可以滿足要求了，所以本成員被賦值為 ADC_Mode_Independent （獨立模式）。

（2）ADC_ScanConvMode：當有多個通道需要采集信號時，可以把 ADC 配置為按一定的順序來對各個通道進行掃描轉(zhuǎn)換，即輪流采集各通道的值。

（3）ADC_ContinuousConvMode：連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，此模式與單次轉(zhuǎn)換模式相反，單次轉(zhuǎn)換模式 ADC 只采集一次數(shù)據(jù)就停止轉(zhuǎn)換。而連續(xù)轉(zhuǎn)換模式則在上一次 ADC 轉(zhuǎn)換完成后，立即開啟下一次轉(zhuǎn)換。

（4）ADC_ExternalTrigConv：ADC 需要在接收到觸發(fā)信號后才開始進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，如外部中斷觸發(fā)（EXTI 線）、定時器觸發(fā)，這兩個為外部觸發(fā)信號，如果不使用外部觸發(fā)信號可以使用軟件控制觸發(fā) 。

（5）ADC_DataAlign：數(shù)據(jù)對齊方式。

（6）ADC_NbrOfChannel：這個成員保存了要進行 ADC 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的通道數(shù)，可以為1 ～ 16 個。

? ? ? ? 填充完結(jié)構(gòu)體，就可以調(diào)用外設初始化函數(shù)進行初始化了，ADC 的初始化使用ADC_Init() 函數(shù)，初始化完成后別忘記調(diào)用 ADC_Cmd() 函數(shù)來使能 ADC 外設，用ADC_DMACmd() 函數(shù)來使能 ADC 的 DMA 接口。

/*
ADC?的?DMA?配?置?部?分?與?串?口?DMA?配?置?部?分?類?似，?它?的?DMA?整?體?上?被?配置?為?：?使?用?DMA1?的?通?道?1?，?數(shù)?據(jù)?從?ADC?外?設?的?數(shù)?據(jù)?寄?存?器
（ADC1_DR_Address）?轉(zhuǎn)?移?到?內(nèi)?存（ADC_ConvertedValue?變量），內(nèi)存、外設地址都固定，每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大小為半字（16?位），使用?DMA?循環(huán)傳輸模式。
*/
static?void?ADC1_Mode_Config(void)
{
??DMA_InitTypeDef?DMA_InitStructure;
??ADC_InitTypeDef?ADC_InitStructure;

??DMA_DeInit(DMA1_Channel1);?/*?DMA通道1?*/

??DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr?=?ADC1_DR_Address;?//ADC?地址
??DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr?=?(u32)&ADC_ConvertedValue;?//內(nèi)存地址
??DMA_InitStructure.DMA_DIR?=?DMA_DIR_PeripheralSRC;
??DMA_InitStructure.DMA_BufferSize?=?1;
??DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc?=?DMA_PeripheralInc_Disable;?//外設地址固定
??DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc?=?DMA_MemoryInc_Disable;?//內(nèi)存地址固定

??DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize?=?DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;?//半字
??DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize?=?DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
??DMA_InitStructure.DMA_Mode?=?DMA_Mode_Circular;?//循環(huán)傳輸
??DMA_InitStructure.DMA_Priority?=?DMA_Priority_High;
??DMA_InitStructure.DMA_M2M?=?DMA_M2M_Disable;
??DMA_Init(DMA1_Channel1,?&DMA_InitStructure);

??DMA_Cmd(DMA1_Channel1,?ENABLE);?/*?使能DMA通道1?*/

??ADC_InitStructure.ADC_Mode?=?ADC_Mode_Independent;?//獨立?ADC?模式
??ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode?=?DISABLE?;?//禁止掃描模式，掃描模式用于多通道采集
??ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode?=?ENABLE;?//開啟連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，即不停地進行?ADC?轉(zhuǎn)換
??ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv?=?ADC_ExternalTrigConv_None;?//不使用外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換
??ADC_InitStructure.ADC_DataAlign?=?ADC_DataAlign_Right;?//采集數(shù)據(jù)右對齊
??ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel?=?1;?//要轉(zhuǎn)換的通道數(shù)目?1
??ADC_Init(ADC1,?&ADC_InitStructure);

??RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);??/*配置?ADC?時鐘，為?PCLK2?的?8?分頻，即?9MHz*/
??ADC_RegularChannelConfig(ADC1,?ADC_Channel_11,?1,??ADC_SampleTime_55Cycles5);??/*配置?ADC1?的通道?11?為?55.?5?個采樣周期，序列為?1?*/

??ADC_DMACmd(ADC1,?ENABLE);?/*?使能ADC1?*/
??ADC_Cmd(ADC1,?ENABLE);

??ADC_ResetCalibration(ADC1);??/*復位校準寄存器?*/
??while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));??/*等待校準寄存器復位完成?*/

??ADC_StartCalibration(ADC1);??/*?ADC?校準?*/
??while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));??/*?等待校準完成*/

??ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,?ENABLE);??/*??由于沒有采用外部觸發(fā)，所以使用軟件觸發(fā)?ADC?轉(zhuǎn)換??*/
}

3、ADC轉(zhuǎn)換時間

? ? ? ?PCLK2 的常用時鐘頻率為 72 MHz，而 ADCCLK 必須低于 14 MHz，所以在這個情況下，ADCCLK 最 高 頻 率 為 PCLK2 的 8 分 頻， 即 ADCCLK=9 MHz。 若 希 望 使 ADC以 最 高 頻 率 14 MHz 運行，可以把 PCLK2配置為 56 MHz，然后再 4 分頻得到ADCCLK。

? ? ? ?ADC 的轉(zhuǎn)換時間不僅與 ADC 的時鐘有關(guān)，還與采樣周期相關(guān)。每個不同的 ADC 通道都可以設置為不同的采樣周期。

4、ADC自校準

?????? 開始 ADC 轉(zhuǎn)換之前，需要啟動 ADC 的自校準。ADC 有一個內(nèi)置自校準模式，校準可大幅減小因內(nèi)部電容器組的變化而造成的準精度誤差。在校準期間，在每個電容器上都會計算出一個誤差修正碼（數(shù)字值），這個碼用于消除在隨后的轉(zhuǎn)換中每個電容器上產(chǎn)生的誤差。

5、計算電壓值

? ? ? ? 實際電壓值 = ADC轉(zhuǎn)換值 ×LSB；STM32 的 ADC 的精度為 12 位，而中 V REF+ 接的參考電壓值為 3.3V ，所以 LSB =3.3/2¹² 。

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