代码收藏家 STM32中ADC的使用方法详解
目录
ADC简介
ADC（Analog-Digital Converter）即 模拟-数字转换器。
它的作用是将引脚上连续变化的模拟电压，转换为内存中存储的数字量。
STM32中的ADC是12位逐次逼近型ADC，最快转换速度大约1us。
它有多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。 各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。
ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。 包含规则组与注入组两个转换单元。
ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+；
对于64脚以上的封装，可以外接独立参考电压到 VREF+与 VREF-引脚上来获得更高的精度，其中
VREF+的电压范围为2.4V～VDDA。
对于64脚及以下的封装形式，是没有 VREF+与 VREF-引脚的，他们在芯片内部与ADC的电源(VDDA)和地(VSSA)相联。
通常输入范围为0～3.3V，因为他是12位逐次逼近型ADC，所有转换结果的范围是0～4095
（0～1111 1111 1111）。
还可以设置模拟看门狗来监测想要的值，达到后会产生中断，这样就不需要一直进中断去判断，在一定程度上节省了软件资源。
何为逐次逼近
将输入的电压与DAC输出的电压进行比较，通过不断的修改DAC输出的值，找到相同的电压值，将其数字量输出。
一般会使用二分法以最快的找到目标值，首先比较2048，也就是二进制下的1000 0000 0000，然后根据结果依次移位，这也是逐次逼近名称的来源。
三角形表示比较器，从图中可以看出DAC输出的比较值会不断迭代，直到结果符合才输出数字量。
关于通道与转换单元
先看一下文档中的框图
一共18个通道，包含可测量的16个外部通道（ADCx_IN0~ADCx_IN15），两个内部信号源，一个温度传感器，与一个内部参考电压（V REFINT）。
其中温度传感器和通道ADC1_IN16相连接，内部参考电压VREFINT和ADC1_IN17相连接。可以按注入或规则通道对这两个内部通道进行转换。需要注意的是，这两个通道只在ADC1中有。
模拟的电压通过我们选择的通道经过多路选择开关，到达我们选择的转换单元，之后经过逐次比较，得到的数字量最终被存放到各个转换单元所对应的寄存器中。
ADC的触发方式
可以使用软件触发，将ADCx_CR2寄存器中的ADON位置1即可。
也可直接调用库函数
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);
也可使用定时器作为他的外部触发源，使用库函数的配置方法如下：
ADC_InitTypeDef adc_initStructure;
...
adc_initStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; // 不使用外部触发方法
...
可选的参数有：
#define ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1 ((uint32_t)0x00000000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_T1_CC2 ((uint32_t)0x00020000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_T2_CC2 ((uint32_t)0x00060000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO ((uint32_t)0x00080000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_T4_CC4 ((uint32_t)0x000A0000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_Ext_IT11_TIM8_TRGO ((uint32_t)0x000C0000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_T1_CC3 ((uint32_t)0x00040000) /*!< For ADC1, ADC2 and ADC3 */
#define ADC_ExternalTrigConv_None ((uint32_t)0x000E0000) /*!< For ADC1, ADC2 and ADC3 */
#define ADC_ExternalTrigConv_T3_CC1 ((uint32_t)0x00000000) /*!< For ADC3 only */
#define ADC_ExternalTrigConv_T2_CC3 ((uint32_t)0x00020000) /*!< For ADC3 only */
#define ADC_ExternalTrigConv_T8_CC1 ((uint32_t)0x00060000) /*!< For ADC3 only */
#define ADC_ExternalTrigConv_T8_TRGO ((uint32_t)0x00080000) /*!< For ADC3 only */
#define ADC_ExternalTrigConv_T5_CC1 ((uint32_t)0x000A0000) /*!< For ADC3 only */
#define ADC_ExternalTrigConv_T5_CC3 ((uint32_t)0x000C0000) /*!< For ADC3 only */
ADC时钟
ADC时钟的最大支持为14Mhz，并且其时钟来源于RCC的预分频。
可以看到RCC的最大值为72Mhz，可选的预分频值为2，4，6，8，当选择4分频时，得到的频率为18Mhz，大于最大允许的值，故只有6和8是实际可供选择的。
库函数配置方法如下：
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); // 配置ADC时钟，为PCLK2的8分频，即9MHz,ADC频率最高不能超过14MHz
ADC转换模式的选择
首先对于转换通道数量可以选择 非扫描模式（Single）或扫描模式（Scan），由ADCx_CCR1上的SCAN位控制。
对于转换方式则有 单次转换模式（Single）与 连续转换模式（Continuous），由ADCx_CCR2上的CONT位控制。
另外，还有一种间断模式，这个模式可以让我们设置每次进入ADC后转换的通道数量，这里的通道数量是指将选择的通道截短成多个小节，每个小节的通道个数为n，每次转换时，只转换一个小节，并且在转换完最后一个小节时，将EOC置位。
adc_initStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; // 设置为连续转换
adc_initStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE; // 设置为扫描模式
寄存器中的介绍为：
FunctionalState ADC_ScanConvMode; /*!< Specifies whether the conversion is performed in
Scan (multichannels) or Single (one channel) mode.
This parameter can be set to ENABLE or DISABLE */
FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; /*!< Specifies whether the conversion is performed in
Continuous or Single mode.
This parameter can be set to ENABLE or DISABLE. */
数据对齐
由于32芯片上转换出的是12位的数字量，而寄存器为16位寄存器，故存在左对齐与右对齐之分。
一般都会选择右对齐，因为其结果是与实际值相等的。
若选择左对齐，则其结果比实际值要大，可以使用左对齐来裁剪转换精度，如只提取前八位，则获得到一个8位ADC。
关于ADC校准
ADC内置有一个校准模式，通过记录内部电容电阻的变化，计算出一个修正码，会在之后的转换中使用这个修正码消除误差，实际上就是消除零漂。
通常会选择在上电后进行校准操作。
校准过程如下：
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能ADC1
ADC_ResetCalibration(ADC1); //校准复位
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET) //等待复位完成
;
ADC_StartCalibration(ADC1); //开始校准
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET) //等待校准完成
;
配置方法
首先将想要作为输入通道的管脚设置为 模拟输入模式（GPIO_MODE_AIN），并开启时钟：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef gpio_initStructure;
gpio_initStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
gpio_initStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initStructure);
也可以使用寄存器快速便捷的配置IO口：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIOA->CRL |= 0x00000000;
这里给一个GPIO管脚对应转换通道的表格：
其次是ADC的有关配置：
adc_initStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; // ADC模式为独立模式，不是双ADC就选这个
adc_initStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; // 数据对齐方式，右对齐
adc_initStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; // 外部触发方法
adc_initStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; // 设置为单次转换
adc_initStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; // 设置为非扫描模式
adc_initStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; // 扫描模式通道数量设置
ADC_Init(ADC1, &adc_initStructure);
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); // 配置ADC时钟，为PCLK2的8分频，即9MHz,ADC频率最高不能超过14MHz
//校准的过程
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
ADC_ResetCalibration(ADC1);
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET)
;
ADC_StartCalibration(ADC1);
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET)
;
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //软件启动ADC
可以使用以下函数读取ADC的值，也可自己另写其他的：
u16 adc_get_value(u8 ch)
{
u32 temp_val = 0;
// ADC1,ADC 通道,转换结果存放的次序,55.5 个周期
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 使能指定的 ADC1 的软件转换启动功能
while (!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)) // 等待转换结束
;
temp_val = ADC_GetConversionValue(ADC1);
delay_ms(5);
return temp_val;
}
最后展示一个用ADC配合DMA转换读取摇杆的值的例程：
#define ADC1_DR_Address ((u32)0x40012400 + 0x4c)
__IO u16 adc_buffer[2];
void adc_gpio_config(void)
{
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIOA->CRL |= 0x00000000;
// GPIO_InitTypeDef gpio_initStructure;
// gpio_initStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
// gpio_initStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
// GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initStructure);
}
void adc_mode_config(void)
{
DMA_InitTypeDef dma_initStructure;
ADC_InitTypeDef adc_initStructure;
DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
dma_initStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;
dma_initStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
dma_initStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
dma_initStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&adc_buffer;
dma_initStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
dma_initStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
dma_initStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
dma_initStructure.DMA_BufferSize = 2;
dma_initStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
dma_initStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
dma_initStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
DMA_Init(DMA1_Channel1, &dma_initStructure);
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
adc_initStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; // adc模式
adc_initStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; // 数据对齐方式
adc_initStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; // 外部触发方法
adc_initStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; // 是否连续扫描
adc_initStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE; // 设置转换方式为扫描模式
adc_initStructure.ADC_NbrOfChannel = 2; // 扫描模式通道数量设置
ADC_Init(ADC1, &adc_initStructure);
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); // 配置ADC时钟，为PCLK2的8分频，即9MHz,ADC频率最高不能超过14MHz
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5);
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
ADC_ResetCalibration(ADC1);
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET)
;
ADC_StartCalibration(ADC1);
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET)
;
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}
void adc_init(void)
{
adc_gpio_config();
adc_mode_config();
}
void adc_data_handle(u16 *data_buffer)
{
u32 temp_buffer[2] = {0, 0};
for (u8 i = 0; i < 15; i++)
{
temp_buffer[0] += adc_buffer[0];
temp_buffer[1] += adc_buffer[1];
}
temp_buffer[0] = temp_buffer[0] / 15;
temp_buffer[1] = temp_buffer[1] / 15;
// 消除抖动与存在误差的部分，个位与十位
temp_buffer[0] -= temp_buffer[0] % 100;
temp_buffer[1] -= temp_buffer[1] % 100;
// data_buffer[0] = (float)temp_buffer[0] / 4096 * 500;
// data_buffer[1] = (float)temp_buffer[1] / 4096 * 500;
data_buffer[0] = (float)temp_buffer[0] / 4000 * 500;
data_buffer[1] = (float)temp_buffer[1] / 4000 * 500;
// data_buffer[0] = temp_buffer[0];
// data_buffer[1] = temp_buffer[1];
}
