代码收藏家 STM32笔记_10(ADC—电压采集)
ADC—电压采集
ADC 简介
STM32f103 系列有 3 个 ADC，精度为 12 位，每个 ADC 最多有 16 个外部通道。其中 ADC1 和ADC2 都有 16 个外部通道， ADC3 根据 CPU 引脚的不同通道数也不同，一般都有 8 个外部通道。
ADC 功能框图剖析
STM32f103 系列有 3 个 ADC，精度为 12 位，每个 ADC 最多有 16 个外部通道。其中 ADC1 和ADC2 都有 16 个外部通道， ADC3 根据 CPU 引脚的不同通道数也不同，一般都有 8 个外部通道。
电压输入范围
ADC 输入范围为： VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。由 VREF-、 VREF+ 、 VDDA 、 VSSA、这四个外部引脚决定。
一般把 VSSA 和 VREF- 接地，把 VREF+ 和 VDDA 接 3V3，得到 ADC 的输入电压范围为： 0~3.3V。
想让输入的电压范围变宽的话，在外部加一个电压调理电路，把需要转换的电压抬升或者降压到 0~3.3V，这样 ADC 就可以测量。
输入通道
STM32 的ADC 多达 18 个通道，其中外部的 16 个通道就是框图中的ADCx_IN0 ,ADCx_IN1… ADCx_IN15。
这十六个通道对应不同的IO口。
ADC1/2/3 还有内部通道： ADC1 的通道 16 连接到了芯片内部的温度传感器， Vrefint 连接到了通道 17。
ADC2 的模拟通道 16 和 17 连接到了内部的 VSS。
ADC3 的模拟通道 9、 14、 15、 16 和 17 连接到了内部的 VSS。
外部的 16 个通道在转换时分为规则通道和注入通道，规则通道最多有 16 路，注入通道最多有 4 路。
规则通道
规则通道：顾名思意，规则通道就是很规矩的意思，我们平时一般使用的就是这个通道，或者应该说我们用到的都是这个通道，没有什么特别要注意的可讲。
注入通道
注入通道：一种在规则通道转换的时候强行插入要转换的一种通道，跟中断程序很像。
如果在规则通道转换过程中，有注入通道插队，那么就要先转换完注入通道，等注入通道转换完成后，再回到规则通道的转换流程。
注入通道只有在规则通道存在时才会出现。
转换顺序
规则序列
规则序列寄存器有 3 个，分别为 SQR3、 SQR2、 SQR1。
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。
SQR3 控制着规则序列中的第一个到第六个转换，对应的位为： SQ1[4:0]~SQ6[4:0]，第一次转换的是位 4:0 SQ1[4:0]，如果通道 16 想第一次转换，那么在 SQ1[4:0] 写 16 即可。
SQR2 控制着规则序列中的第 7 到第 12 个转换，对应的位为： SQ7[4:0]~SQ12[4:0]，如果通道 1 想第 8 个转换，则 SQ8[4:0] 写 1 即可。
SQR1 控制着规则序列中的第 13 到第 16 个转换，对应位为： SQ13[4:0]~SQ16[4:0]，如果通道 6 想第 10 个转换，则SQ10[4:0] 写 6 即可。
具体使用多少个通道，由 SQR1 的位 L[3:0] 决定，最多 16 个通道。
注入序列
注入序列寄存器 JSQR 只有一个，最多支持 4 个通道，具体多少个由 JSQR 的 JL[2:0] 决定。
如果JL 的值小于 4 的话，则 JSQR 跟 SQR 决定转换顺序的设置不一样，第一次转换的不是 JSQR1[4:0]，而是 JCQRx[4:0] ， x = 4-JL），跟 SQR 刚好相反。
如果 JL=00（1 个转换），那么转换的顺序是从JSQR4[4:0] 开始，而不是从 JSQR1[4:0] 开始，这个要注意，编程的时候不要搞错。当 JL 等于 4时，跟 SQR 一样。
触发源
ADC 转换可以由 ADC 控制寄存器 2: ADC_CR2 的 ADON 这个位来控制，写 1 的时候开始转换，写 0 的时候停止转换，这个是最简单也是最好理解的开启 ADC 转换的控制方式，理解起来没啥技术含量。
ADC 还支持触发转换，包括内部定时器触发和外部 IO 触发。
触发源的选择：ADC 控制寄存器 2:ADC_CR2 的 EXTSEL[2:0] 和JEXTSEL[2:0] 位来控制。EXTSEL[2:0] 用于选择规则通道的触发源， JEXTSEL[2:0] 用于选择注入通道的触发源。
触发源之后，触发源是否要激活，则由 ADC 控制寄存器 2:ADC_CR2 的EXTTRIG 和 JEXTTRIG 这两位来激活。
规则通道的触发源
注入通道的触发源
ADC3 的规则转换和注入转换的触发源与 ADC1/2的有所不同。
转换时间
ADC 时钟
ADC 输入时钟 ADC_CLK 由 PCLK2 经过分频产生，最大是 14M，分频因子由 RCC 时钟配置寄存器 RCC_CFGR 的位 15:14 ADCPRE[1:0] 设置，可以是 2/4/6/8 分频，注意这里没有 1 分频。一般我们设置 PCLK2=HCLK=72M。
采样时间
ADC 使用若干个 ADC_CLK 周期对输入的电压进行采样，采样的周期数可通过 ADC 采样时间寄存器 ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 中的 SMP[2:0] 位设置， ADC_SMPR2 控制的是通道 0~9，ADC_SMPR1 控制的是通道 10~17。
每个通道可以分别用不同的时间采样。其中采样周期最小是1.5 个，即如果我们要达到最快的采样，那么应该设置采样周期为 1.5 个周期，这里说的周期就是 1/ADC_CLK。
转换时间
ADC 的转换时间跟 ADC 的输入时钟和采样时间有关，公式为： Tconv = 采样时间 + 12.5 个周期。
当 ADCLK = 14MHZ（最高），采样时间设置为 1.5 周期（最快），那么总的转换时间（最短） Tconv= 1.5 周期 + 12.5 周期 = 14 周期 = 1us。
一般我们设置 PCLK2=72M，经过 ADC 预分频器能分频到最大的时钟只能是 12M，采样周期设置为 1.5 个周期，算出最短的转换时间为 1.17us，这个才是最常用的。
数据寄存器
ADC 转换后的数据根据转换组的不同，规则组的数据放在 ADC_DR 寄存器，注入组的数据放在 JDRx。
规则数据寄存器
ADC 规则组数据寄存器 ADC_DR 只有一个，是一个 32 位的寄存器。
低 16 位在单 ADC 时使用，高 16 位是在 ADC1 中双模式下保存 ADC2 转换的规则数据。
双模式就是 ADC1 和 ADC2 同时使用。
由于ADC 的精度是 12 位(2^12 = 4096)，无论 ADC_DR 的高16 或者低 16 位都放不满，只能左对齐或者右对齐（ADC_CR2 的11 位 ALIGN 设置）。
规则通道可以有 16 个这么多，可规则数据寄存器只有一个，如果使用多通道转换，那转换的数据就全部都挤在了 DR 里面，前一个时间点转换的通道数据，就会被下一个时间点的另外一个通道转换的数据覆盖掉，所以当通道转换完成后就应该把数据取走，或者开启 DMA 模式，把数据传输到内存里面，不然就会造成数据的覆盖。最常用的做法就是开启 DMA 传输。
注入数据寄存器
ADC 注入组最多有 4 个通道，刚好注入数据寄存器也有 4 个，每个通道对应着自己的寄存器，不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。
ADC_JDRx 是 32 位的，低 16 位有效，高 16 位保留，数据同样分为左对齐和右对齐（ADC_CR2 的 11 位 ALIGN 设置
）。
中断
转换结束中断
数据转换结束后，可以产生中断。
中断分为三种：规则通道转换结束中断，注入转换通道转换结束中断，模拟看门狗中断。
模拟看门狗中断
当被 ADC 转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时，就会产生中断，前提是我们开启了模拟看门狗中断，其中低阈值和高阈值由 ADC_LTR 和 ADC_HTR 设置。
例如我们设置高阈值是2.5V，那么模拟电压超过 2.5V 的时候，就会产生模拟看门狗中断，反之低阈值也一样。
DMA 请求
规则和注入通道转换结束后，除了产生中断外，还可以产生 DMA 请求，把转换好的数据直接存储在内存里面。要注意的是只有 ADC1 和 ADC3 可以产生 DMA 请求。
一般我们在使用 ADC 的时候都会开启 DMA 传输。
电压转换
一般在设计原理图的时候会把 ADC 的输入电压范围设定在： 0~3.3v，因为 ADC 是 12 位的，那么 12 位满量程对应的就是 3.3V， 12 位满量程对应的数字值是： 2^12 = 4096。
数值 0 对应的就是 0V。如果转换后的数值为 X ， X 对应的模拟电压为 Y，那么会有这么一个等式成立： 2^12 / 3.3 = X/Y， => Y = (3.3 * X ) / 2^12。
ADC 初始化结构体详解
ADC_InitTypeDef 结构体
ADC_Mode：配置 ADC 的模式，当使用一个 ADC 时是独立模式，使用两个 ADC 时是双模式，在双模式下还有很多细分模式可选，我们一般使用一个 ADC 的独立模式。
ScanConvMode：可选参数为 ENABLE 和 DISABLE，配置是否使用扫描。如果是单通道 AD 转换使用 DISABLE，如果是多通道 AD 转换使用 ENABLE。
ADC_ContinuousConvMode：可选参数为 ENABLE 和 DISABLE，配置是启动自动连续转换还是单次转换。使用 ENABLE 配置为使能自动连续转换；使用 DISABLE 配置为单次转换，转换一次后停止需要手动控制才重新启动转换。一般设置为连续转换。
ADC_ExternalTrigConv：外部触发选择，图单个 ADC 功能框图 中列举了很多外部触发条件，可根据项目需求配置触发来源。实际上，我们一般使用软件自动触发。
ADC_DataAlign：转换结果数据对齐模式，可选右对齐 ADC_DataAlign_Right 或者左对齐ADC_DataAlign_Left。一般我们选择右对齐模式。
ADC_NbrOfChannel： AD 转换通道数目，根据实际设置即可。
ADC电压采集（独立模式单通道采集中断读取实验）
硬件部分：
贴片滑动变阻器的动触点通过连接至 STM32 芯片的 ADC 通道引脚。当我们使用旋转滑动变阻器调节旋钮时，其动触点电压也会随之改变，电压变化范围为 0~3.3V，亦是开发板默认的 ADC电压采集范围。
编程要点
1) 初始 ADC 用到的 GPIO；
2) 设置 ADC 的工作参数并初始化；
3) 设置 ADC 工作时钟；
4) 设置 ADC 转换通道顺序及采样时间；
5) 配置使能 ADC 转换完成中断，在中断内读取转换完数据；
6) 使能 ADC；
7) 使能软件触发 ADC 转换。ADC 转换结果数据使用中断方式读取，这里没有使用 DMA 进行数据传输。
adc.c
#include "./adc/adc.h"
__IO uint16_t ADC_ConvertedValue;
static void ADC_NVIC_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
//优先级分组
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
//NVIC结构体配置
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = ADC_IRQ;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
}
//ADC的GPIO初始化
void ADCx_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
//打开GPIO时钟
ADC_GPIO_APBxClock_FUN(ADC_GPIO_CLK,ENABLE);
//GPIO结构体配置
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = ADC_PIN;
//初始化GPIO
GPIO_Init(ADC_PORT,&GPIO_InitStruct);
}
//ADC初始化
void ADCx_MODE_Config(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
//打开 ADC 时钟
ADC_APBxClock_FUN(ADC_CLK,ENABLE);
// ADC 模式配置
// 只使用一个ADC，属于独立模式
ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
// 禁止扫描模式，多通道才要，单通道不需要
ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
// 连续转换模式
ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
// 不用外部触发转换，软件开启即可
ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
// 转换结果右对齐
ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
// 转换通道1个
ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;
// 初始化ADC
ADC_Init(ADC_x,&ADC_InitStruct);
// 配置ADC时钟为PCLK2的8分频，即9MHz
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
// 配置 ADC 通道转换顺序和采样时间
ADC_RegularChannelConfig(ADC_x, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
// ADC 转换结束产生中断，在中断服务程序中读取转换值
ADC_ITConfig(ADC_x, ADC_IT_EOC, ENABLE);
// 开启ADC ，并开始转换
ADC_Cmd(ADC_x,ENABLE);
// 初始化ADC 校准寄存器
ADC_ResetCalibration(ADC_x);
// 等待校准寄存器初始化完成
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_x));
// ADC开始校准
ADC_StartCalibration(ADC_x);
// 等待校准寄存器初始化完成
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_x));
// 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_x,ENABLE);
}
//ADC初始化
void ADCx_Init(void)
{
ADC_NVIC_Config();
ADCx_GPIO_Config();
ADCx_MODE_Config();
}
adc.h
#ifndef _ADC_H
#define _ADC_H
#include "stm32f10x.h"
// ADC 编号选择 使用ADC2
#define ADC_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define ADC_x ADC2
#define ADC_CLK RCC_APB2Periph_ADC2
// ADC GPIO宏定义
// 注意：用作ADC采集的IO必须没有复用，否则采集电压会有影响
#define ADC_GPIO_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define ADC_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC
#define ADC_PORT GPIOC
#define ADC_PIN GPIO_Pin_1
// ADC 通道宏定义
#define ADC_CHANNEL ADC_Channel_11
// ADC 中断相关宏定义
#define ADC_IRQ ADC1_2_IRQn
#define ADC_IRQHandler ADC1_2_IRQHandler
void ADCx_Init(void);
#endif
中断服务函数
void ADC_IRQHandler(void)
{
if(ADC_GetITStatus(ADC_x,ADC_IT_EOC) != RESET)
{
// 读取ADC的转换值
ADC_ConvertedValue = ADC_GetConversionValue(ADC_x);
}
ADC_ClearITPendingBit(ADC_x,ADC_IT_EOC);
}main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "./usart/usart.h"
#include "./adc/adc.h"
#include "./delay/delay.h"
extern __IO uint16_t ADC_ConvertedValue;
//采集到的真时电压
float ADC_ConvertedValue_Reality;
int main(void)
{
usart_init();
ADCx_Init();
printf("这是一个adc采集电压的实验！！！");
while(1)
{
//计算采集的真实电压
ADC_ConvertedValue_Reality = (float)ADC_ConvertedValue/4096*3.3;
printf("ADC采集到的值ADC_ConvertedValue：%d\n",ADC_ConvertedValue);
printf("ADC采集到的实际电压值ADC_ConvertedValue_Reality：%.2fV\n",ADC_ConvertedValue_Reality);
Delay_ms(500);
}
}
