代码收藏家技术教程 2024-02-15

江科大STM32教程：ADC转换（单通道与多通道）

文章目录

ADC（Analog-Digital Converter）模拟-数字转换器

DAC的实现原理

逐次逼近的过程

知识点补充：

RC振荡器和锁相环（PLL）

晶体振荡器

RTC（Real-Time Clock）即实时时钟

Reset and clock control (RCC)，即复位与时钟控制，主要是通过寄存器配置时钟源。

STM32的时钟源

ADC预分频器来自于RCC ，2，4分频后分别是32，和18，最大16MHZ 因此只能选择6 和8 12/9

模拟看门狗

ADC基本结构

输入通道

规则组4种转换模式

1. 单次转换，非扫描模式

2. 连续转换，非扫描模式

3. 单次转换，扫描模式

4. 连续转换，扫描模式

触发控制（触发源）

1.触发源选择

2.数据对齐————右对齐

3. AD转换的步骤：转换时间的计算

4. 校准：固定的，只需要在初始化完ADC，加几条代码即可

5. 数据波动的处理方案

6. ADC 选择和DMA结合，为什么不可以手动转运

7. 硬件电路

ADC+单通道

显示电压值uint16_t ADValue;

连续转换

ADC+多通道

多通道利用单通道非扫描完成

AD.c

ADC库函数

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
12位(分辨率)逐次逼近型ADC，1us转换时间（最大1MHZ）
输入电压范围：0~3.3V，转换结果范围：0–4095 （位数越高，分辨率越高） 0~3.3V 一一对应
18个输入通道，可测量16个外部（GPIO）和2个内部信号源（温度传感器，内部参考电压（基准电压，不会受外部电压影响））
规则组（用于常规事件）和注入组（用于突发事件）两个转换单元（一次启动一个组，）
模拟看门狗自动监测输入电压范围（判断AD值高于某个阈值或低于。。后，执行操作）
STM32F103C8T6 ADC资源：ADC1、ADC2，10个外部输入通道

DAC的实现原理

DAC：电压输出端：给他一个数据，它就能输出数据对应的电压，DAC内部使用加权电阻网络来实现的转换。（具体看51单片机ADDA）
外部通道输入一个未知编码的电压，DAC输出的是已知编码的电压，在电压比较器进行比较
如果DAC输出的电压比较小，就增大DAC数据，反之亦然，直到它和外部输入的基本相同。这样DAC输入的数据即使外部电压的编码数据了。
电压调节的过程就是通过逐次逼近寄存器SAR完成。

逐次逼近的过程

为了尽快找外部未知电压的编码，通常采用二分法进行寻找。
比如图中8位ADC（0–255），第一次输入255的一半，128看谁大谁小，如果大了就64.。。。。
如果用二进制来看，128，64，36这些数其实就是位权
这个判断过程就是从高位到低位依次判断1还是0的过程。1000 0000 =>0100 0000 => 0010 0000
对于8位，判断8此就可以得出DAC编码，12位就是12次.

clock:驱动内部逐次比较的时钟

如，硬件出发，ADC需要过一个固定时间转换一次，如1ms，那么定时器每隔1ms申请一次中断来触发转发转换。
由于频繁进中断会影响主程序的进行，且中断有优先级，这也会影响ADC的转换，因此必须提供硬件支持，比如TIM1_CH1定时1ms由触发信号，就产生更新事件，连接到TIM3的TRGO口，，因此TIM3的更新事件就可以通过硬件自动触发ADC转换了。

知识点补充：

RC振荡器和锁相环（PLL）

单片机内部是不会放晶振的，只有RC振荡器！

在振荡电路中的频率选择部分可以只用电阻R和电容C构成。这种只用电阻和电容构成的振荡器称为RC振荡器。

优点：是实现的成本比较低，毕竟就是一个电阻电容。缺点是由于电阻电容的精度问题所以RC振荡器的震荡频率会有误差，同时受到温度、湿度的影响，这个跟元器件的工艺有关。

晶体振荡器

优点是相对来说震荡频率一般都比较稳定。缺点的话就是价格要稍微高点了，还有用晶体振荡器一般还需要接两个 15-33pF起振电容。
一般单片机中很少用RC振荡器，可能在实验室环境会用，而在实际的工程、工业上很少用到，常用的也就是晶体振荡器。因为很多时候单片机需要一个精度的机器周期作定时、通讯等用途，如果震荡频

RTC（Real-Time Clock）即实时时钟

目前实时时钟芯片大多采用精度较高的晶体振荡器作为时钟源。任何实时时钟的核心都是晶振，此时晶振的作用是提供基准频率，频率为32.768kHz。相比较晶振只可以产生稳定的频率，实时时钟是以输入频率做基础，再依此作除频、倍频、PLL等等，产生出处理器与主板各部分所需的频率。
RTC是单片机的实时时钟，它需要时钟源，stm32中32 kHz 低速内部 RC (LSI RC)，可选择提供给 RTC 用于停机/待机模式下的自动唤醒。32.768 kHz 低速外部晶振（LSE 晶振），用于驱动 RTC 时钟 (RTCCLK)

Reset and clock control (RCC)，即复位与时钟控制，主要是通过寄存器配置时钟源。

STM32的时钟源

有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL：
①HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。
②HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~16MHz。
③LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。
④LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。
⑤PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。

ADC预分频器来自于RCC ，2，4分频后分别是32，和18，最大16MHZ 因此只能选择6 和8 12/9

模拟看门狗

STM32 中有双ADC模式可以组成同步交叉模式，交叉对一个通道采样。

ADC基本结构

输入通道

规则组4种转换模式

1. 单次转换，非扫描模式

1.选择要转换的通道
2.转换完成，将转换结果放入寄存器，对于EOC置为1

2. 连续转换，非扫描模式

一次转换完成后，会接着连续不断的转换。不需要手动开启转换

3. 单次转换，扫描模式

完成一次转换，需要再次触发，才能继续转换
由于是扫描模式，需要用到菜单列表，
通道数目，如果写7，就依次对前7个通道ADC转换。防止数据被覆盖，需要及时将数据挪走。转换完成，触发EOC

4. 连续转换，扫描模式

触发控制（触发源）

1.触发源选择

2.数据对齐————右对齐

间断转换（了解即可）数据对齐

3. AD转换的步骤：转换时间的计算

（采样，保持）：在量化编码之前需要设置一个采样开关，先打开开关，收集外部电压，断开采样开关。可以保证比较时电压稳定。
（量化，编码）：ADC逐次比较的过程
STM32 ADC的总转换时间为：
TCONV = 采样时间 + 12.5个ADC周期（12位）
例如：当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5个ADC周期
TCONV = 1.5 + 12.5 = 14个ADC周期 = 1μs

4. 校准：固定的，只需要在初始化完ADC，加几条代码即可

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。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

建议在每次上电后执行一次校准

启动校准前， ADC必须处于关电状态超过至少两个ADC时钟周期

5. 数据波动的处理方案

采用阈值，高低阈值，利用和施密特触发器一样的原理，得到平稳的正交波形
过滤器，取多个AD值的平均值，
裁剪分辨率

6. ADC 选择和DMA结合，为什么不可以手动转运

因为ADC完成转换后没有任何的标志位，不知道某一通道谁转换完了，只有在整个列表都转换完了，返回一个EOC结束标志，才触发中断
转换一个数据只需要几微秒，因此很难做到数据不会丢失。
但是可以采用间断模式，每转换一个通道就是暂停，等数据转运走了，再继续转换。

7. 硬件电路

ADC+单通道

void AD_Init(void)
{
	//给ADC和GPIO口使能
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
    
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //在AIN模式下GPIO口是无效的，因此是ADC的专属模式
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	//给序列的每个位置填写对应的通道
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStruect;
	ADC_InitStruect.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE;     //单次转换还是连续
	ADC_InitStruect.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;  //右对齐
	ADC_InitStruect.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None  ;   //软件触发，不使用外部触发启动ADC转换，触发控制的触发源
	ADC_InitStruect.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立模式   
	ADC_InitStruect.ADC_NbrOfChannel = 1;     //通道数目
	ADC_InitStruect.ADC_ScanConvMode = DISABLE;  //扫描还是非扫描
	
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStruect);
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
	
	//对ADC进行校准 复位校准
    ADC_ResetCalibration(ADC1);  //
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	//启动校准
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    //获取校准状态 ---是否校准完成
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}

uint16_t AD_GetValue(void)//启动转换，获取结果
{
	//软件触发
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);//不断初始化
	//获取标志位状态  ，在转换后获取             ==0 表示转换未完成
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)  == RESET);//滚则组是否转换完成
	//获取ADC转换值 ，就是读取DR数据寄存器的值
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);  //获取已经完成转换的AD值
}
  //显示AD值
uint8_t ADValue;
int main(void)
{

    OLED_Init();
    AD_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"ADValue:");

	while(1)
	{
		ADValue =AD_GetValue();
		OLED_ShowNum(1,9,ADValue,4);  //显示AD值
	}
}

显示电压值uint16_t ADValue;

float Voltage;
int main(void)
{

    OLED_Init();
    AD_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"ADValue:");

	while(1)
	{
		ADValue =AD_GetValue();
		Voltage = (float)ADValue / 4095 *3.3;
		
		OLED_ShowNum(1,9,ADValue,4);  //显示AD值
        OLED_ShowNum(2,9,Voltage,1);   //显示电压值
		OLED_ShowNum(2,11,(uint16_t)(Voltage*100)%100,2);   //显示电压值,就得到小数位了
		
	}
	
}

连续转换

	//软件触发
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);//每次转换完成，数据会存到数据寄存器中，然后继续执行转换
uint16_t AD_GetValue(void)  //启动转换，获取结果
{
	//获取标志位状态  ，在转换后获取             ==0 表示转换未完成
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)  == RESET);//
	//获取ADC转换值 ，就是读取DR数据寄存器的值
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);  //获取已经完成转换的AD值
}

ADC+多通道

多通道利用单通道非扫描完成

AD.c

uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{
	//给序列的每个位置填写对应的通道
   ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
	//软件触发
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
	//获取标志位状态  ，在转换后获取             ==0 表示转换未完成
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)  == RESET);
	//获取ADC转换值 ，就是读取DR数据寄存器的值
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);  //获取已经完成转换的AD值
}
uint16_t AD0;
uint16_t AD1;
uint16_t AD2;
uint16_t AD3;

int main(void)
{

    OLED_Init();
    AD_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"AD0:");
    OLED_ShowString(1,1,"AD1:");
    OLED_ShowString(1,1,"AD2:");
    OLED_ShowString(1,1,"AD3:");

	{
		AD0 =AD_GetValue(ADC_Channel_0);
		AD1 =AD_GetValue(ADC_Channel_1);
		AD2 =AD_GetValue(ADC_Channel_2);
		AD3 =AD_GetValue(ADC_Channel_3;
		OLED_ShowNum(1,9,AD0,4);  //显示AD值
    OLED_ShowNum(1,9,AD1,4);  //显示AD值
		OLED_ShowNum(1,9,AD2,4);  //显示AD值
		OLED_ShowNum(1,9,AD3,4);  //显示AD值

		
	}
	
}

ADC库函数

//恢复初始状态
void ADC_DeInit(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);
//给结构体一个默认值
void ADC_StructInit(ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);
//开关控制就是给ADC上电
void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
//用来开启DMA输出信号，如果是用DMA转运数据用
void ADC_DMACmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
//中断输出控制，用来控制某个中断，能不能通往NVIC
void ADC_ITConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT, FunctionalState NewState);
//复位校准
void ADC_ResetCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);
//获取复位校准状态
FlagStatus ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
//开启校准
void ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);
//获取开启校准状态
FlagStatus ADC_GetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
//ADC软件开始转换控制   ---软件触发的函数
void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

//ADC 获取开启转换状态  ---不能判断是否转换结束 返回SWSTART的状态，
FlagStatus ADC_GetSoftwareStartConvStatus(ADC_TypeDef* ADCx);  //一般不用

//配置间断模式
void ADC_DiscModeChannelCountConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t Number);
//是否启用间断模式
void ADC_DiscModeCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

//规则组 给序列的每个位置填写对应的通道
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);

//ADC外部触发转换控制
void ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
//获取ADC转换值
uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);
//获取双ADC转换值
uint32_t ADC_GetDualModeConversionValue(void);
//下面都是ADC注入组配置
void ADC_AutoInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_InjectedDiscModeCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_ExternalTrigInjectedConvConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint32_t ADC_ExternalTrigInjecConv);
void ADC_ExternalTrigInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

void ADC_SoftwareStartInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

FlagStatus ADC_GetSoftwareStartInjectedConvCmdStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_InjectedChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);
void ADC_InjectedSequencerLengthConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t Length);
void ADC_SetInjectedOffset(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_InjectedChannel, uint16_t Offset);
uint16_t ADC_GetInjectedConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_InjectedChannel);

//对模拟看门狗进行配置
//是否启动
void ADC_AnalogWatchdogCmd(ADC_TypeDef* ADCx, uint32_t ADC_AnalogWatchdog);
//ADC 配置高低阈值   （看门狗）
void ADC_AnalogWatchdogThresholdsConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t HighThreshold, uint16_t LowThreshold);
//配置看门通道
void ADC_AnalogWatchdogSingleChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel);
//ADC温度传感器  ，内部参考电压配置
void ADC_TempSensorVrefintCmd(FunctionalState NewState);

//获取EOC标志位是否变为1，是1就是转换结束  --判断转换是否结束
//获取标志位
FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);
//清除标志位
void ADC_ClearFlag(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);
//获取中断状态
ITStatus ADC_GetITStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT);
//获取中断挂起位
void ADC_ClearITPendingBit(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT);