代码收藏家 STM32 ADC模块详解及应用指南
stm32ADC：
STM32ADC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。[^1]
• ADC（模拟-数字转换器）是模拟到数字的桥梁。
• DAC(数字 — 模拟转换器)：可以将数字变量转换为模拟电压，适用在波形生成等领域。
• PWM：PWM也可以将数字变量转换为模拟电压，在某些情况下可以代替DAC，但同时PWM只有完全导通和完全断开两种状态，在两种状态下没有功率损耗，所以直流电机调速等大功率场合下，适用PWM。
• 12位逐次逼近型ADC，1us转换时间。
• 分辨率：一般用多少位来表示，12位AD值，它的表示范围就是0一2^12-1,量化结果的范围是0一4095。位数越高，量化结果越精细，对应分辨率越高
• 输入电压范围：0一3.3V，转换结果范围：0一4095。
ADC的输入电压，一般是要求在芯片供电的正负极之间变化的
• 18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源
• 16个外部信号源：16个GPIO口，在引脚上直接接模拟信号，不需要任何外部电路，引脚直接测量电压。
• 2个内部信号源：内部温度传感器和内部参考电压• 内部温度传感器：温度传感器可以测量CPU的温度。
• 内部参考电压: 内部参考电压是一个1.2v的基准电压，这个基准电压是不随外部供电电压变化而变化的。所以>>如果你的芯片供电电压不是标准的3.3v，那外部电压的测量的电压可能不准。这时就可以读取这个基准电压进>>行校准，就可以得到正确的电压值。
• 规则组和注入组两个转换单元
• 模拟看门狗自动监测输入电压范围
• 模拟看门狗可以检测指定的某些通道，当AD值高于它设定的上阈值或低于下阈值时，它就会申请中断，就可以直接在中断函数里执行操作，无需手动取值，进行判断。
• STM32F103C8T6 ADC资源：ADC1、ADC2，10个外部输入通道
逐次逼近型ADC原理（以ADC0809为例）：
输入通道选择：
• IN0~IN7：八路选择通道，通过通道选择开关，输入到AD转换部分进行转换。
• 地址锁存和译码：把通道号放在这ADDA~ADDC三个引脚上，再锁存，就可以打开对应通道。
ADC转换是一个很快的过程，给一个开始信号，几us就可以转换完成。所以，如果想转换多个信号，不必设计多个AD转换器，只要设计一个AD转换器加一个多路选择开关就行了。
STM32有18个输入通道，对应到这里，就是一个18路输入的多路开关。
AD转换：
• 比较器：它可以判断两个输入电压的大小关系，输出高低电平指示谁大谁小。它的两个输入端，一个是待测的电压，另一个是DAC的电压输出端。
• DAC： 给它一个数据，它就可以输出数据对应的电压。DAC内部是使用加权电阻网络实现的转换，详见（待续）。
• 逐次逼近寄存器SAR：负责电压调节（也就是DAC的输入）。
逐次逼近转换过程：
•
为了最快找到未知电压的编码，通常我们会使用二分法来寻找：比如这里是8位为的ADC，那编码就是0~255,第一次比较的时候，我们给DAC输入255的一半，进行比较，那就是128，然后再看谁大谁下，如果DAC电压大了，第二次比较的时候，就再给128的一半64，如果还大，第三次比较的时候，给32，如果这次DAC电压小了，那四次就给64-32中间的值，这样依次继续下去，就可以得到电压的编码。把这个过程用二进制表示，就可以发现，这些数是二进制数的每一位的位权，这个判断过程，相当于是对二进制数从高位到低位依次判断是一还是零的过程。
• 对于8位的ADC，从高位到低位依次判断八次就可以找到未知电压的编码了，对于12位的ADC，就需要判断12次。
输出：
• 八位三态锁存缓冲器： 在AD转换结束后，通过这里输出，八位有八个输出，十二位有十二个输出。
其他：
• EOC：转换结束信号。
• START：开始转换，给一个输入脉冲，开始转换。
• CLOCK： ADC时钟，因为ADC内部是一位一位判断的，需要时钟的驱动。
• VREF+和VREF-： DAC和ADC参考电压,决定DAC最大值的对应电压，DAC的参考电压也决定了ADC的输入范围，所以它也是ADC的参考电压。
• VCC和GND：整个芯片的供电，一般VCC和VREF+接在一起，GND和VREF-接在一起。所以一般情况下，ADC输入电压的范围和ADC的供电是一样的。
STM32ADC：
框图：
• VREF+在内部已接VDDA,VREF-在内部已接VSSA
ADCCLK来源：
规则组与注入组：
• 有16个多路通道。可以把转换组织成两组：规则组和注入组。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。例如，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
规则组：
最多可以选中16个通道，通道的转换结果会被覆盖，在一个组转换完成后，只有序列中最后一个通道的转换完成可被读取，所以通常与DMA搭配使用。
示意图：
注入组：
最多可以选中4个通道，通道的转换结果会存放在对应的寄存器里，在一个组转换完成后，每一个通道的转换结果都可以被读取。
示意图：
模拟看门狗：
里面可以存一个阈值高限和一个阈值低限，如果启动了模拟看门狗，那看门狗就会看住它看门的通道，一旦超过了阈值范围，它就会乱叫，申请一个模拟看门狗中断。
如果被ADC转换的模拟电压低于低阀值或高于高阀值，AWD模拟看门狗状态位被设置。阀值位
于ADC_HTR和ADC_LTR寄存器的最低12个有效位中。通过设置ADC_CR1寄存器的AWDIE位
以允许产生相应中断。
阀值独立于由ADC_CR2寄存器上的ALIGN位选择的数据对齐模式。比较是在对齐之前完成的
ADC基本结构：
• 输入通道： 16个GPIO口外加两个内部通道。
• AD转换器：里面有两个组，一个规则组，一个注入组，规则组最多可以选中16个通道，注入组最多可以选中4个通道。
• AD数据寄存器：AD转换器转换后的结果存放在这里，其中规则组只有一个寄存器，注入组有四个。
• 触发控制：这个提供了START信号，可以选择软件触发和硬件触发。
• RCC： ADC逐次比较就是由这个时钟驱动的。
• 模拟看门狗：用于检测转换结果的范围。
输入通道：
• c8t6的外部通道只有前十个。（详见这里）
• 只有ADC1有通道16和17。
双ADC（待续）：
转换模式：
扫描模式：
此模式用来扫描一组模拟通道。
扫描模式可通过设置ADC_CR1寄存器的SCAN位来选择。一旦这个位被设置，ADC扫描所有被
ADC_SQRX寄存器(对规则通道)或ADC_JSQR(对注入通道)选中的所有通道。在每个组的每个
通道上执行单次转换。在每个转换结束时，同一组的下一个通道被自动转换。如果设置了CONT
位，转换不会在选择组的最后一个通道上停止，而是再次从选择组的第一个通道继续转换。
如果设置了DMA位，在每次EOC后，DMA控制器把规则组通道的转换数据传输到SRAM中。而
注入通道转换的数据总是存储在ADC_JDRx寄存器中。
• 扫描模式主要用于简化对多个模拟通道的连续采样操作。在扫描模式下，ADC能够按照预设的通道顺序自动进行一系列的转换，而无需在每次转换后重新配置通道。
示意图（以规则组为例，注入组同理）：
间断模式模式（待续）：
单次转换模式：
单次转换模式下，ADC只执行一次转换。该模式既可通过设置ADC_CR2寄存器的ADON位(只
适用于规则通道)启动也可通过外部触发启动(适用于规则通道或注入通道)，这时CONT位为0。
一旦选择通道的转换完成：
● 如果一个规则通道被转换：
─ 转换数据被储存在16位ADC_DR寄存器中
─ EOC(转换结束)标志被设置
─ 如果设置了EOCIE，则产生中断。
● 如果一个注入通道被转换：
─ 转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中
─ JEOC(注入转换结束)标志被设置
─ 如果设置了JEOCIE位，则产生中断。然后ADC停止。
• 单次转换模式是一种专用于执行单次ADC转换操作的工作模式，尤其适用于只需从特定模拟通道获取单次数据值的应用场景。
示意图（以规则组为例）：
连续转换模式：
在连续转换模式中，当前面ADC转换一结束马上就启动另一次转换。此模式可通过外部触发启
动或通过设置ADC_CR2寄存器上的ADON位启动，此时CONT位是1。
每个转换后：
● 如果一个规则通道被转换：
─ 转换数据被储存在16位的ADC_DR寄存器中
─ EOC(转换结束)标志被设置
─ 如果设置了EOCIE，则产生中断。
● 如果一个注入通道被转换：
─ 转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中
─ JEOC(注入转换结束)标志被设置
─ 如果设置了JEOCIE位，则产生中断。
• 连续转换模式允许ADC在无需外部触发的情况下连续不断地进行数据转换。
实例
以上的模式可以两两组合使用（扫描模式+连续转换或单次转换模式）下面是一些实例。
触发控制：
数据对齐：
转换时间：
校准：
ADC配置实例：
ADC配置基本步骤：
第一步：开启GPIO和ADC的RCC时钟并将ADCCLK分配器配置一下。
第二步：配置GPIO，将需要用到的GPIO配置为模拟输入模式。
第三步：配置多路开关，将通道接入到规则组列表里。
第四步：配置ADC转换器。
第五步：开启ADC。
ADC时钟配置函数：
/**
* @brief 配置ADC时钟(ADCCLK)
* @param RCC_PCLK2: 配置ADC的时钟预分频器。 被分频的时钟是APB2时钟(PCLK2)。
* 该参数可以是下列值之一:
* @arg RCC_PCLK2_Div2: ADC时钟 = PCLK2/2
* @arg RCC_PCLK2_Div4: ADC时钟 = PCLK2/4
* @arg RCC_PCLK2_Div6: ADC时钟= PCLK2/6
* @arg RCC_PCLK2_Div8: ADC时钟 = PCLK2/8
* @retval None
*/
void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2)
ADC规则组通道配置函数：
/**
* @brief 设置指定 ADC 的规则组通道，设置它们的转化顺序和采样时间
* @param ADCx: x 可以是 1 或者 2 来选择 ADC 外设 ADC1 或 ADC2
* @param ADC_Channel: 被设置的 ADC 通道
* 这个参数可以是下列值之一：
* @arg ADC_Channel_0: 选择 ADC 通道 0
* @arg ADC_Channel_1: 选择 ADC 通道 1
* @arg ADC_Channel_2: 选择 ADC 通道 2
* @arg ADC_Channel_3: 选择 ADC 通道 3
* @arg ADC_Channel_4: 选择 ADC 通道 4
* @arg ADC_Channel_5: 选择 ADC 通道 5
* @arg ADC_Channel_6: 选择 ADC 通道 6
* @arg ADC_Channel_7: 选择 ADC 通道 7
* @arg ADC_Channel_8: 选择 ADC 通道 8
* @arg ADC_Channel_9: 选择 ADC 通道 9
* @arg ADC_Channel_10: 选择 ADC 通道 10
* @arg ADC_Channel_11: 选择 ADC 通道 11
* @arg ADC_Channel_12: 选择 ADC 通道 12
* @arg ADC_Channel_13: 选择 ADC 通道 13
* @arg ADC_Channel_14: 选择 ADC 通道 14
* @arg ADC_Channel_15: 选择 ADC 通道 15
* @arg ADC_Channel_16: 选择 ADC 通道 16
* @arg ADC_Channel_17: ADC 选择 ADC 通道
* @param Rank: 规则组采样顺序。取值范围 1 到 16。
* @param ADC_SampleTime: 指定 ADC 通道的采样时间值（时间越长越稳定）
* 这个参数可以是下列值之一：
* @arg ADC_SampleTime_1Cycles5: 采样时间为 1.5 周期
* @arg ADC_SampleTime_7Cycles5: 采样时间为 7.5 周期
* @arg ADC_SampleTime_13Cycles5: 采样时间为 13.5 周期
* @arg ADC_SampleTime_28Cycles5: 采样时间为 28.5 周期
* @arg ADC_SampleTime_41Cycles5: 采样时间为 41.5 周期
* @arg ADC_SampleTime_55Cycles5: 采样时间为 55.5 周期
* @arg ADC_SampleTime_71Cycles5: 采样时间为 71.5 周期
* @arg ADC_SampleTime_239Cycles5: 采样时间为 239.5 周期
* @retval None
*/
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)
ADC初始化函数：
/**
* @brief 根据 ADC_InitStruct 中指定的参数初始化外设 ADCx 的寄存器。
* @param ADCx: x 可以是 1 或者 2 来选择 ADC 外设 ADC1 或 ADC2。
* @param ADC_InitStruct: 指向结构 ADC_InitTypeDef 的指针，包含了指定外设 ADC 的配置信息
* @retval None
*/
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)
ADC初始化结构体：
typedef struct
{
uint32_t ADC_Mode;//设置 ADC 工作在独立或者双 ADC 模式。
FunctionalState ADC_ScanConvMode;//规定了模数转换工作在扫描模式（多通道）还是单次（单通道）模式。可以设置这个参数为 ENABLE 或者 DISABLE。
FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; //规定了模数转换工作在连续还是单次模式。可以设置这个参数为 ENABLE或者 DISABLE
uint32_t ADC_ExternalTrigConv;//定义了使用外部触发来启动规则通道的模数转换
uint32_t ADC_DataAlign;//规定了 ADC 数据向左边对齐还是向右边对齐
uint8_t ADC_NbrOfChannel;//规定了顺序进行规则转换的 ADC 通道的数目。
}ADC_InitTypeDef;
复位校准函数
/**
* @brief 重置指定的 ADC 的校准寄存器
* @param ADCx: x 可以是 1 或者 2 来选择 ADC 外设 ADC1 或 ADC2。
* @retval None
*/
void ADC_ResetCalibration(ADC_TypeDef* ADCx)
/**
* @brief 获取 ADC 重置校准寄存器的状态
* @param ADCx: x 可以是 1 或者 2 来选择 ADC 外设 ADC1 或 ADC2。
* @retval ADC 重置校准寄存器的新状态（SET 或者 RESET）。
*/
FlagStatus ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx)
校准函数
/**
* @brief 开始指定 ADC 的校准
* @param ADCx: x 可以是 1 或者 2 来选择 ADC 外设 ADC1 或 ADC2
* @retval None
*/
void ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef* ADCx)
/**
* @brief 获取指定 ADC 的校准状态
* @param ADCx: x 可以是 1 或者 2 来选择 ADC 外设 ADC1 或 ADC2
* @retval ADC 校准的新状态（SET 或者 RESET）
*/
FlagStatus ADC_GetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx)
转换函数
/**
* @brief 使能或者失能指定的 ADC 的软件转换启动功能
* @param ADCx:x 可以是 1 或者 2 来选择 ADC 外设 ADC1 或 ADC2
* @param NewState: 指定 ADC 的软件转换启动新状态这个参数可以取：ENABLE 或者 DISABLE
* @retval None
*/
void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState)
标志位读取：
/**
* @brief 检查制定 ADC 标志位置 1 与否
* @param ADCx: x 可以是 1 或者 2 来选择 ADC 外设 ADC1 或 ADC2
* @param ADC_FLAG: 指定需检查的标志位
* This parameter can be one of the following values:
* @arg ADC_FLAG_AWD: 模拟看门狗标志位
* @arg ADC_FLAG_EOC: 转换结束标志位
* @arg ADC_FLAG_JEOC: 注入组转换结束标志位
* @arg ADC_FLAG_JSTRT: 注入组转换开始标志位
* @arg ADC_FLAG_STRT: 规则组转换开始标志位
* @retval 指定ADC标志位的最新状态 (SET 或 RESET).
*/
FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG)
转换结果读取
/**
* @brief 返回常规通道的最后一次ADCx转换结果数据。
* @param ADCx: 其中x可以是1、2或3来选择ADC外设。
* @retval 转换结果。
*/
uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx)
实例：
void AD_Init()
{
开启GPIO和ADC的RCC时钟并将ADCCLK分配器配置一下。//
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //72M/6=12M
///配置GPIO，将需要用到的GPIO配置为模拟输入模式。//
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
///配置多路开关，将通道接入到规则组列表里。//
ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);//将通道1放在规则组列表第一个位置里，采样时间为55.5个周期。
配置ADC转换器。///
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;//让ADC1工作在独立模式
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;//ADC 数据右对齐
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;//由软件触发启动
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE;//让ADC工作在单次模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=DISABLE;//不使用扫描模式
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=1;//在非扫描模式下无效
ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//使用参数初始化
/开启ADC/
ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
/校准
ADC_ResetCalibration(ADC1);//开始ADC1复位校准
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET){}//确定ADC1复位校准是否结束
ADC_StartCalibration(ADC1);//开始ADC1校准
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET){}//确定ADC1校准是否结束
}
/读取
uint16_t AD_GetValue()
{
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);//开始转换
while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)== RESET){}//确定转换是否结束
return ADC_GetConversionValue(ADC1);//读取转换结果
}
作者：冯雪娟_00
