代码收藏家技术教程 14天前

STM32 HAL Proteus系列教程：ADC电压采集（查询、中断、DMA模式）

实现目标

1、学会STM32CubeMX软件关于ADC的配置

2、掌握ADC三种模式（查询、中断、DMA）编程

3、具体目标：1、将开发板单片机采集到的电压值上传至上位机串口调试助手显示。

一、ADC 概述

1、什么是ADC?

ADC（Analog to Digital Converter）即模数转换器，用来将模拟信号转换为数字信号。

A/D转换过程

分辨率: A/D转换器对输入模拟量微小变化的分辨能力，通常用二进制数的有效位表示。

在最大输入电压一定时，位数越多，量化单位越小，误差越小，分辨率越高。

2、STM32F103 的ADC

（1）简介

STM32F103 系列最多有3个ADC控制器（ADC1,ADC2,ADC3），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。ADC为12位，是一种逐次逼近型模拟数字转换器。

（2）ADC通道与引脚对应关系

（3）STM32分为两种组转换模式

规则通道：
规则通道相当于你正常运行的程序，看它的名字就可以知道，很规矩，就是正常执行程序
注入通道：
注入通道可以打断规则通道，听它的名字就知道不安分，如果在规则通道转换过程中，有注入通道进行转换，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。

（4）ADC配置说明

配置选项说明：

模式设置

1、ADCs_Common_Settings DC模式设置

ADC_Mode_Independent 独立模式

独立模式模式下，双ADC不能同步，每个ADC接口独立工作。所以如果不需要ADC同步或者只是用了一个ADC的时候，应该设成独立模式，多个ADC同时使用时会有其他模式，如双重ADC同步模式，两个ADC同时采集一个或多个通道，可以提高采样率

ADC常规设置

1、Data Alignment (数据对齐方式): 右对齐/左对齐

2、Scan Conversion Mode( 扫描模式 ) ：

如果只是用了一个通道的话，DISABLE，果使用了多个通道的话，会自动设置为ENABLE。

3、Continuous Conversion Mode(连续转换模式) ：

设置为ENABLE，即连续转换。如果设置为DISABLE，则是单次转换。两者的区别在于连续转换直到所有的数据转换完成后才停止转换，而单次转换则只转换一次数据就停止，要再次触发转换才可以进行转换。

4、Discontinuous Conversion Mode(间断模式)

这里只用到了1个ADC,所以这个直接不使能即可。

规则通道设置

1、Enable Regular Conversions (启用常规转换模式) ENABLE

使能否则无发进行下方配置

2、Number OF Conversion(转换通道数) 1
用到几个通道就设置为几，多个通道会自动使能扫描模式

3、Extenal Trigger Conversion Source (外部触发转换源)

默认采用：Regular Conversion launched by software 规则的软件触发 调用函数触发即可

Rank 转换顺序

1、多个通道时会有多个Rank，可以设定每个通道的转换顺序。

2、ADC总转换时间如下计算：

TCONV = 采样时间+ 12.5个周期   其中1周期为1/ADCCLK

为了保证ADC转换结果的准确性，ADC的时钟最好不超过14M。当ADCCLK=14MHz(最大)，采样时间为1.5周期(最快)时，TCONV =1.5+12.5=14周期=1μs。STM32的ADC最大的转换速率为1MHz,也就是说最快转换时间为1us，

注入通道设置

1、注入通道的设置，和规则通道设置差不多。

WahchDog

1、当ADC转换的模拟电压值低于低阈值或高于高阈值时，便会产生中断。阈值的高低值由ADC_LTR和ADC_HTR配置模拟看门狗。

（5）ADC的三种工作模式

1）阻塞模式（也叫查询模式）；2）中断模式；3) DMA 模式

二、原理图设计

三、STM32CubeMX 配置串口重定向（printf）

此项目利用printf 打印ADC采样值，先对USART1重定向，详细教程参考前面的教程：

https://blog.csdn.net/luojuan198780/article/details/138044075

代码设计：

/* USER CODE BEGIN Includes */
 
#include <stdio.h>
 
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN 4 */
 
/*********************************************************
*
*重定义 fputc 函数
*
*********************************************************/
int fputc(int ch,FILE *f)
{
	HAL_UART_Transmit (&huart1 ,(uint8_t *)&ch,1,HAL_MAX_DELAY );
	return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

四、STM32CubeMX 配置及程序设计（单通道）

1.阻塞模式（查询模式）

1.1CubeMX 配置（单通道轮询）

配置：打开通道8，其他默认

1.2 程序设计

Step1 ：启用ADC
Step2 : 等待EOC标志位
Step3：读取寄存器的数据、<– 查询环节
缺点：占用cpu的使用率

主要函数：
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start (ADC_HandleTypeDefhadc)； //打开ADC的转换通道
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop (ADC_HandleTypeDefhadc) //关闭ADC
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion (ADC_HandleTypeDef*hadc,uint32_t Timeout); // 查询函数

（1）在main.c中定义一个全局变量

uint16_t ADC_Value;

（2）在main 初始化中开启ADC校准

HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);    //AD校准

（3）在while 中编写ADC控制程序

 HAL_ADC_Start(&hadc1);     //启动ADC转换
 HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 50);   //等待转换完成，50为最大等待时间，单位为ms
 
 
 if(HAL_IS_BIT_SET(HAL_ADC_GetState(&hadc1), HAL_ADC_STATE_REG_EOC))
 {
      ADC_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);   //获取AD值
      printf("ADC值: %d \r\n",ADC_Value);
      printf("采样电压 : %.2f V\r\n",ADC_Value*3.3f/4096);

}
HAL_Delay(1000);

1.3 仿真效果

在元件库里搜索"POT-HG"即可找到带数显的滑动变阻器，普通款就是"POT" 。

protues8.8不能使用printf发送浮点型数据,发生会卡死，屏蔽电压值浮点数打印。

1.4 开发板实验效果

转动开发板R26电位器，可以看见采样的电压值随之发生改变。

2.中断模式（单通道）

2.1CubeMX 配置

配置：其打开ADC中断。他与查询模式一样，

2.2 程序设计

Step1 ：启用ADC，使能中断
Step2 : 等待EOC自动触发中断
Step3：在中断中读取寄存器的数据
主要函数
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_IT (ADC_HandleTypeDefhadc) //使能ADC,打开中断标志位
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop——IT (ADC_HandleTypeDefhadc)
HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)//回调函数

（1）在main.c中定义一个全局变量

uint16_t ADC_Value;

（2）在main函数中开启ADC中断

HAL_ADC_Start_IT(&hadc1);

（3）编写中断回调函数

中断回调函数中或主程序中要重新开启ADC中断，不然ADC不能连续工作。

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)//回调函数
{
	 ADC_Value =  HAL_ADC_GetValue(&hadc1) * 3.3 /4096;
     printf("采样电压 : %.2f V\r\n",ADC_Value );

	 HAL_ADC_Start_IT(&hadc1); //重新开启ADC中断转换
}

3.DMA 模式（单通道）

DMA 有两种模式，分别为循环模式circular和正常模式normal
circular模式：DMA 的circular模式只需要调用一次DMA 开启函数，DMA 就会持续的搬运数据，提高了数据的刷新速度，但是在circular模式下，不管ADC新的一轮数据采集是否完成，有可能直接将旧数据搬运走.
normal模式：该模式下，DMA 启动函数调用一次，DMA 通道只会搬运一次数据，这样每调一次DMA 启动函数，DMA 只会搬运一次数据，等待数据传输完成后再次开启DMA 启动函数，这样更能保证ADC数据采集的可靠性.

3.1CubeMX 配置(circular模式)

配置1：开启连续转换

配置2：添加DMA，模式选择为循环模式circular

3.1 程序设计

（1）在main.c中定义一个全局变量

uint16_t ADC_Value[50]={0}; 
uint32_t Value=0;   //存储平均值
float Vol = 0.0;    //电压值

（2）在main函数中开启ADC的 DMA

 HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)&ADC_Value,50);

（3）在while 中编写ADC控制程序

	  for(int i=0;i<50;i++)
	  {
		Value+=ADC_Value[i];//求和		  
	  }
	  Value/=50;  //取平均值
  
	  printf("ADC值: %d \r\n",Value);  
	  Vol = Value*3.3/4096;            //ADC最大值为4096，代表3.3V
	  printf("采样电压:%.2f V\r\n",Vol);
	  HAL_Delay(200);
	  Value = 0;

五、STM32CubeMX 配置及程序设计（多通道）

1.阻塞模式（多通道）

1.1CubeMX 配置

多个通道时必须开启间断模式，并且每个间断组中只有一个通道，否则每次只能读取到每组最后一个通道的值。

1.2 程序设计

（1）在main.c中定义一个全局变量

uint16_t AD_value[2]={0};

（2）在while 中编写ADC控制程序

for(i=0;i<2;i++)
{
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10);
    AD_value[i]=HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    printf("i= %d;AD_value%d\r\n",i,AD_value[i]);
    printf("i= %d;电压值 = %.3f v\r\n",i,AD_value[i]*3.3/4096);
}
HAL_Delay(500);

2.中断模式（多通道）

多通道情况下使用中断来读取数据理论上是可行的，但是读取的数据会混淆，即无法确定读取的数据是属于哪一个通道的，因此一般不使用。

3.DMA（多通道）

3.1CubeMX 配置，如果卡死，加大采样周期。

开启DMA并采用circular模式

3.2 程序设计

（1）在main.c中定义变量

/* USER CODE BEGIN 1 */
   uint32_t ADC_Value1;
	uint16_t AD_Buf[100]={0};//两个通道采集数据存在这个数组里面
  /* USER CODE END 1 */

（2）在main函数中开启ADC的 DMA

//开启ADC的校准
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
//开启ADC的DMA，采集的数据放入 AD_Buf数组
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t *)&AD_Buf,100);

（3）在while 中编写ADC控制程序

	  for(int i=0;i<100;i+=2)
	  {
		ADC_Value1+=AD_Buf[i];//通道1求和		  
	  }	  
	  for(int i=1;i<100;i+=2)
	  {
		ADC_Value2+=AD_Buf[i];//通道2求和		  
	  }	  
	  
	  ADC_Value1 = ADC_Value1/50;//取平均值
	  ADC_Value2 = ADC_Value2/50;

	  printf("通道1ADC值: %d \r\n",ADC_Value1); 
	  printf("通道2ADC值: %d \r\n",ADC_Value2);

3.3 仿真效果