代码收藏家技术教程 2023-02-14

STM32 ADC:理解与应用

文章目录

前言

ADC在项目中使用运用的很广泛，有ADC自然也有DAC，都是数字/模拟转换器。但是DAC我用的不多，因为平时都是用传感器检测外界的模拟量，然后转变为数字量再进行数据的处理与运用，比如温湿度传感器、电感、黑白循迹模块等等。

ADC即模拟数字转换器（英语：Analog-to-digital converter）是用于将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的一类设备。一个模拟数字转换器可以提供信号用于测量。与之相对的设备成为数字模拟转换器，也就是DAC，它是把数字量转变成模拟的器件DAC。

为啥需要数字/模拟转换器呢？

引用这么一段文字，在计算机控制系统中，须经各种检测装置，以连续变化的电压或电流作为模拟量，随时提供被控制对象的有关参数（如速度、压力、温度等）而进行控制。计算机的输入必须是数字量，故需用模数转换器达到控制目的。

附：
（插一句，百度adc的英文全称，百度推送的第一个是Attack Damage Carry）

一、ADC的输入通道与模式

1、输入通道

STM32F103的ADC功能还算不错，它有三个ADC，分别为ADC1/2/3，其中ADC1/ADC3支持DMA传输，ADC2不支持。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。

对于输入通道的概念，我们可以理解为配置为输入模式的GPIO引脚，用于数据的输入。那么泛泛地理解，16个外部通道对应了16个GPIO引脚，例如通道1对应了PA0。

（注意事项）ADC的通道引脚不能有复用功能！！！那样会导致采集的数据极其不准确！

输入通道又分为规则通道和注入通道。

规则通道就是普通的通道，注入通道就是“插队”通道，是优先级高的通道，如果规则通道遇到注入通道插队，就必须先执行完注入通道的数据转换，再进行规则通道的数据转换。

既然有这么多通道，哪个通道先进行数据的转换分别由规则通道的规则序列寄存器SQR3/2/1（对于规则通道），注入通道则是由注入序列寄存器JSQR决定，具体设置方法可以阅读中文/英文手册，但我们一般都调用库函数等方式设置就可以了。

2、模式

对于ADC的数据采集，可以分为以下几种类型：（完整代码资源在文章末尾）

1）独立模式单通道采集

独立模式也就是选用ADC1或者ADC2或者ADC3，单通道也就是用一个GPIO引脚。

可以用DMA传输的方式，只需要配置好标准库的ADC与DMA结构体，便可利用DMA进行数据传输了。


/**
  * @brief  配置ADC与DMA工作模式
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void ADC__DMA_Mode_Config(void)
{
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	// 打开DMA时钟
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
	// 打开ADC时钟
	ADC_APBxClock_FUN ( ADC_CLK, ENABLE );	
	// 复位DMA控制器
	DMA_DeInit(ADC_DMA_CHANNEL);	
	// 配置 DMA 初始化结构体
	// 外设基址为：ADC 数据寄存器地址
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ( uint32_t ) ( & ( ADCx->DR ) );	
	// 存储器地址，实际上就是一个内部SRAM的变量
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&ADC_ConvertedValue;
	// 数据源来自外设
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;	
	// 缓冲区大小为1，缓冲区的大小应该等于存储器的大小
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1;	
	// 外设寄存器只有一个，地址不用递增
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
	// 存储器地址固定
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable; 	
	// 外设数据大小为半字，即两个字节
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;	
	// 存储器数据大小也为半字，跟外设数据大小相同
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
	// 循环传输模式
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;	
	// DMA 传输通道优先级为高，当使用一个DMA通道时，优先级设置不影响
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
	// 禁止存储器到存储器模式，因为是从外设到存储器
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
	// 初始化DMA
	DMA_Init(ADC_DMA_CHANNEL, &DMA_InitStructure);
	// 使能 DMA 通道
	DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL , ENABLE);	
	// ADC 模式配置
	// 只使用一个ADC，属于单模式
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
	// 禁止扫描模式，多通道才要，单通道不需要
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE ; 
	// 连续转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
	// 不用外部触发转换，软件开启即可
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
	// 转换结果右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
	// 转换通道1个
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;			
	// 初始化ADC
	ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStructure);	
	// 配置ADC时钟为PCLK2的8分频，即9MHz
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); 	
	// 配置 ADC 通道转换顺序为1，第一个转换，采样时间为55.5个时钟周期
	ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);	
	// 使能ADC DMA 请求
	ADC_DMACmd(ADCx, ENABLE);
	// 开启ADC ，并开始转换
	ADC_Cmd(ADCx, ENABLE);
	// 初始化ADC 校准寄存器  
	ADC_ResetCalibration(ADCx);
	// 等待校准寄存器初始化完成
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADCx));
	// ADC开始校准
	ADC_StartCalibration(ADCx);
	// 等待校准完成
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));	
	// 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换 
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);
}

还有一种方式是直接调用库函数

/*
函数功能：AD采样
入口参数：ADC1的通道
返回  值：AD转换结果是16位的
*/
uint16_t Get_ADC(uint8_t ch)   
{
//设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5 );	//ADC1,ADC通道,采样时间为1.5周期	  			     
	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
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);	
	//返回最近一次ADC1规则组的转换结果
}

还可以使用ADC转换完成中断的方式用于读取ADC的转换值

void ADC_IRQHandler(void)
{	
	if (ADC_GetITStatus(ADCx,ADC_IT_EOC)==SET) 
	{
		// 读取ADC的转换值
		ADC_ConvertedValue = ADC_GetConversionValue(ADCx);
	}
	ADC_ClearITPendingBit(ADCx,ADC_IT_EOC);
}

最后一种是操作寄存器，这是做智能车时，用的一款WCHF103的一款芯片，它只有一个ADC，但我用了三个电感，那它只有一个ADC，也没有使用DMA，程序里提到了“分时复用”，也就是使用这种方法。三个电感要采集三组数据，那只能等上一个电感的数据采集完，再来采集这个电感的数据，程序理这个函数确实也保证了，它直接操作的是数据寄存器，等上一个数据转换完，再采集下一个数据。程序执行是有顺序的，也保证了这一点。

这就有点以时间弥补芯片资源不足的味道了。

对于"分时复用"，百度百科的解释是，是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，能达到多路传输的目的。在网络中应用于用一条线路传输多路数据。

//-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
//  @brief      ADC转换一次
//  @param      ch              选择ADC通道
//  @param      resolution      分辨率(8位 10位 12位)
//  @return     void
//  Sample usage:               adc_convert(ADC_IN0_A0, ADC_8BIT);  //采集A0端口返回8位分辨率的AD值
//-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
uint16 adc_convert(ADCCH_enum ch, ADCRES_enum resolution)
{
    //设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, (uint8)ch, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5);  //ADC1,ADC通道,采样时间为1.5周期
    ADC1->CTLR2 |= ((uint32_t)0x00500000);                                  //使能指定的ADC1的软件转换启动功能
    while((ADC1->STATR & ADC_FLAG_EOC) == (uint8_t)RESET);                  //等待转换结束
    return ((ADC1->RDATAR)>>resolution);                                    //返回最近一次ADC1规则组的转换结果
}