STM32微控制器的模数转换功能ADC

ADC简介

        ADC（Analog-Digital Converter）模拟-数字转换器，ADC可以将引脚上连续变化的模拟电压转换为内存中存储的数字变量，建立模拟电路到数字电路的桥梁。

STM32—ADC

简介

整体结构图：

GPIO端口选择：

        通过选取外部GPIO口，作为模拟信号量的输入，根据STM32不同型号引脚来选取ADC模拟输入引脚。（PS：以STM32F103R8T6为例，有ADC1，ADC2，并且有0~9十个ADC输入引脚复用在下图对应GPIO引脚，不同型号会有所不同，具体可以查看具体型号的引脚定义表）

通道选择：

        STM32有16个多路通道。可以把转换组织成两组：规则组（最多16）和注入组（最多4）。在任意多个通道上以任意顺序进 行的一系列转换构成成组转换。（PS：可以如下顺序完成转换：通道3、通道8、通道2、通道 2、通道0、通道2、通道2、通道15。）

        ● 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。

        如果ADC_SQRx或ADC_JSQR寄存器在转换期间被更改，当前的转换被清除，一个新的启动脉冲将发送到ADC以转换新选择的组

 通道寄存器：

        注入通道数据寄存器一共四个（4*16），对应注入通道每一个注入通道对应一个数据寄存器

        规则通道数据寄存器就一个（1*16）。（这里需要注意当选择多规则通道时，需要DMA配合转运数据寄存器的值，如果转移不及时数据将会覆盖。

DMA触发转换：

         根据规则组与注入组的不同对应的触发源不同（具体触发源如下图，大部分的触发源是多定时器，这些触发源有硬件支持可以不需要进入中断（需要根据触发源配置不同定时器的更新事件），也可以选择定时器到达时选择进入中断进行ADC转换），ADC经常需要每隔一段时间来触发转换，这样我们可以根据对应通道的定时器触发源，设置定时时间来申请中断触发ADC转换。除了这些触发源我们也可以选择软件触发ADC，需要我们在程序当中调用触发转换的代码即可。

DMA完成标志位：

        根据不同的通道有着不同的标志位，规则组对应的标志位是EOC，通道组对应的标注位是JEOC，当对应的标志位为1，表示转换完成。

 ADC转换频率：

        ADC转换频率，来自RCC，通过ADC预分频器分频最大可以达到14MHZ

 模拟看门狗：

        通过模拟开门狗对ADC转换结果进行监听（通过让ADC转换结果即数据寄存器的值与模拟看门狗的阈值对比），如果不在阈值内就会产生看门狗相应中断标志位触发NVIC中断可以在中断进行相应的处理。

 ADC基本结构图：

ADC转换模式：

        1、单次转换，非扫描模式：只有一个通道，触发一次转换一次。

        2、单次转换，扫描模式：只有一个通道，触发一次连续转换（数据需要及时取出否则容易被覆盖，可以使用DMA转移数据）。

        3、多次转换，非扫描模式：有多个通道，触发一次每个通道转换一次（PS：这里是多通道所以需要DMA协调转运数据，否则数据容易覆盖）。

        4、多次转换，扫描模式：有多个通道，触发一次每个通道转换一次，然后轮询每个通道转换一次（PS：这里是多通道所以需要DMA协调转运数据，否则数据容易覆盖）。

ADC校准：

        ADC有一个内置自校准模式。校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的准精度误差。在校准期间，在每个电容器上都会计算出一个误差修正码(数字值)，这个码用于消除在随后的转换 中每个电容器上产生的误差。

         通过设置ADC_CR2寄存器的CAL位启动校准。一旦校准结束，CAL位被硬件复位，可以开始正 常转换。

        建议在上电时执行一次ADC校准。校准阶段结束后，校准码储存在ADC_DR中。

        注意：

        1 建议在每次上电后执行一次校准。

        2 启动校准前，ADC必须处于关电状态(ADON=’0’)超过至少两个ADC时钟周期。 

ADC实验 

实验工具：

        软件：win10、keil

        硬件：STM32F103C8T6、OLED（4引脚）、电位器、杜邦线、串口烧录工具、螺丝刀。

实验现象：

        通过螺丝刀调节电位器，产生不同模拟信号量通过ADC1通道0输入STM32F03C8T6，STM32通过ADC转换将模拟型号转换成数据信号通过OLED显示。

实验代码书写：

开启时钟：

        这里我们需要使用ADC1，与GPIOA_Pin_0,使用我们需要开始ADC1与GPIOA的时钟。

/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);	//开启ADC1的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟

配置ADC采集时钟：

        配置ADC采集时钟，来自RCC系统时钟（系统时钟72MHz）通过ADC分配器分频系数可以选择RCC_PCLK2_Div2: ADC clock = PCLK2/2、RCC_PCLK2_Div4: ADC clock = PCLK2/4、RCC_PCLK2_Div6: ADC clock = PCLK2/6、 RCC_PCLK2_Div8: ADC clock = PCLK2/8。（PS：ADC采集时钟最大可以达到14MHz，所以只能选择6分频与8分频，达不到最大的采用频率）

/*设置ADC时钟*/
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);	//选择时钟6分频，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz

GPIO初始化：

        因为我们需要配置GPIO口为ADC模拟信号输入，所以我们需要将对应的端口配置为模拟输入的模式。

/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);		//将PA0引脚初始化为模拟输入

通道组选择配置：

        这里我们选择规则组通道，根据自己的要求可以选择ADC的端口（ADC1~ADC3）、输入频道（ADC的输入口具体看GPIO口，这里我使用的是GPIOA_Pin_0,对应ADC_Channel_0）、放入的通道序号（1~16一共16个通道）、以及优先级（安装自己的需求）。（PS：这里我们选择的是规则组通道，我们也可以选择注入组通道，使用ADC_InjectedChannelConfig()，可以根据自己的选择进行配置，这里通道只能选择1~4四个通道，其他同注入组相同）

/*规则组通道配置*/
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);	//规则组序列1的位置，配置为通道0

ADC初始化：

        通过一个结构体来配置模式、数据对齐方式、触发方式，是否连续转换、是否扫描模式、通道个数。

/*ADC初始化*/
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;						//定义结构体变量
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//模式，选择独立模式，即单独使用ADC1
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//数据对齐，选择右对齐
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//外部触发，使用软件触发，不需要外部触发
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;		//连续转换，失能，每转换一次规则组序列后停止
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;			//扫描模式，失能，只转换规则组的序列1这一个位置
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					//通道数，为1，仅在扫描模式下，才需要指定大于1的数，在非扫描模式下，只能是1
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);						//将结构体变量交给ADC_Init，配置ADC1

ADC使能：

        使用ADC之前需要使能ADC。

/*ADC使能*/
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);		//使能ADC1，ADC开始运行

ADC校准：

        开始使用ADC转换之前需要ADC校准，防止误差，具体步骤固定。

/*ADC校准*/
ADC_ResetCalibration(ADC1);							//固定流程，内部有电路会自动执行校准
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
ADC_StartCalibration(ADC1);
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

ADC软件触发函数： 

        通过ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE)软件触发ADC转换，通过while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET)等待EOC标志位（EOC为1时表示转换完成，0没有转换完成），如果选择的是注入通道应该判断JEOC标志位。

uint16_t AD_GetValue(void)
{
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);					//软件触发AD转换一次
	while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待EOC标志位，即等待AD转换结束
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);					//读数据寄存器，得到AD转换的结果
}

工程文件分享：

        http://链接：https://pan.baidu.com/s/1r5dbjqI26ntK15U8znWE-A 提取码：xqct

作者：朱朱的小任