STM32笔记-AD模数转换

目录

一、ADC介绍

二、ADC主要特征

三、ADC框图

    1. ​​​​ 外部触发转换 ​

     2. 转换模式

     3. 输入通道

              4.  逻辑框图

 四、校准

五、数据对齐

六、AD转换步骤

七、AD_Init(单通道AD转换)初始化函数配置

DMA: 

adc_dma_mode_enable(ADC0);

        这段代码是用来使能ADC的DMA（Direct Memory Access）模式。DMA模式允许ADC在转换完成后，将转换结果直接传输到内存中，而不需要CPU的干预。这对于高速数据传输和数据处理来说是很有用的，因为可以减轻CPU的负担，提高系统效率。

        在这个特定的代码中，因为希望通过DMA方式将ADC的转换结果传输到内存，以便后续的数据处理或存储。DMA模式的使用通常涉及到DMA配置的详细设置，包括目标地址、数据长度等，这些设置在其他部分的代码中进行。

一、ADC介绍

        1. 12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。

       rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC0);开启时钟

        2. ADC的输入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2经分频产生的。

所以在初始化函数中往往先进行 rcu_adc_clock_config(RCU_CKADC_CKAHB_DIV10);

这句话的意思就是进行10分频（这个是在GD32A503x中，不同的芯片有所不同）。

#define RCU_CKADC_CKAHB_DIV10           CFG2_ADCPSC(8)                  

    /*!< ADC prescaler select CK_AHB/10 */在GD32中时钟由AHB分配。

所以底层函数中：

  rcu_adc_clock_config(RCU_CKADC_CKAHB_DIV10);为10MHz

void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2)
/*RCC_PCLK2: defines the ADC clock divider. This clock is derived from the APB2 clock (PCLK2).*/
//eg:
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//选择时钟6分频，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz

        但是需要注意的是，如下图，ADCCLK最大14MHz。

 初始化IO口：（可封装在函数中）

gpio_mode_set(GPIOC, GPIO_MODE_ANALOG,GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11);
gpio_mode_set(GPIOE, GPIO_MODE_ANALOG,GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11| GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14);
gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_ANALOG,GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_1);

//模拟输入模式GPIO_MODE_ANALOG


        这部分代码配置了三组GPIO口（分别是GPIOC和GPIOE和GPIOB），将它们设置为模拟输入模式，同时禁用了上拉和下拉电阻。这是因为ADC通道需要连接到模拟信号，而不需要上拉或下拉电阻对这些信号产生影响。

二、ADC主要特征

        1. 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
        2. 12位逐次逼近型ADC，1us转换时间
        3. 输入电压范围：0~3.3V，转换结果范围：0~4095
        4. 18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源
        5. 规则组和注入组两个转换单元
        6. 模拟看门狗自动监测输入电压范围

三、ADC框图

GD32的图和STM32: 

    1. ​​​​ 外部触发转换       2. 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。

        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。

        总的来说就是：单次模式、连续模式：ADC单通道要求进行一次ADC转换时配置为单次模式使能，这样ADC的这个通道转换一次后就停止转换。要求进行连续ADC转换时配置为连续模式使能，这样ADC的这个通道转换一次后接着进行下一次。 扫描模式：对应多个ADC通道的情况，每个通道依次进行转换。

      3. 输入通道(观察手册)

通道

ADC1

ADC2

ADC3

通道0

PA0

PA0

PA0

通道1

PA1

PA1

PA1

通道2

PA2

PA2

PA2

通道3

PA3

PA3

PA3

通道4

PA4

PA4

PF6

通道5

PA5

PA5

PF7

通道6

PA6

PA6

PF8

通道7

PA7

PA7

PF9

通道8

PB0

PB0

PF10

通道9

PB1

PB1

通道10

PC0

PC0

PC0

通道11

PC1

PC1

PC1

通道12

PC2

PC2

PC2

通道13

PC3

PC3

PC3

通道14

PC4

PC4

通道15

PC5

PC5

通道16

温度传感器

通道17

内部参考电压

     4.  逻辑框图

           规则组最多转换16通道，注入组最多转换4通道，但是规则通道为“一次可以点16个菜，但是一次只能上一个菜”，因为规则通道的数据寄存器仅仅为16位，而注入通道为“一次可以点4个菜，但一次可以最多上4个菜”。

 ADC初始化配置：

1. 配置模式：//独立模式adc_mode_config(ADC_MODE_FREE);

2. 对齐方式

    //右对齐
    adc_data_alignment_config(ADC0,ADC_DATAALIGN_RIGHT);

数据对齐的方式：左对齐、右对齐等方式。对于右对齐方式，ADC转换结果的低位存储在寄存器的低地址处，而高位则存储在寄存器的高地址处。

ADC数据对齐方式指定了ADC转换结果在寄存器中的存储方式。对于右对齐方式，ADC转换结果的低位存储在寄存器的低地址处，而高位则存储在寄存器的高地址处。这种对齐方式是一种常见的选择，便于处理和理解。对齐方式的选择可能与使用的数据类型和后续的数据处理有关。一般而言，如果你希望ADC转换结果的低位直接对应于采样的最低位，方便直接使用整数数据类型处理，那么右对齐方式是一个合适的选择。对于上述代码片段中的 adc_data_alignment_config(ADC0, ADC_DATAALIGN_RIGHT);，它是为 ADC0 配置右对齐方式。这样设置可以确保 ADC 转换结果按照右对齐方式存储，使得数据处理更为方便。

3. 开启连续模式和扫描模式

 adc_special_function_config(ADC0,ADC_CONTINUOUS_MODE,ENABLE);
 adc_special_function_config(ADC0,ADC_SCAN_MODE,ENABLE);

连续模式（Continuous Mode）：在连续模式下，ADC会不停地进行模拟信号的转换，而不需要外部触发。这种模式适用于需要实时、连续采样的应用，比如实时监测、数据采集等。
连续模式允许ADC持续地对设置的正常通道序列进行转换，无需每次都手动触发。这对于周期性的数据采集或需要持续监测的应用非常有用。扫描模式（Scan Mode）：在扫描模式下，ADC会按照预先配置的正常通道顺序依次进行转换。每次转换完成后，ADC会自动切换到下一个正常通道，直到所有通道都被转换完成。
扫描模式适用于多通道的采样需求。通过在代码中配置正常通道序列，可以按照特定的顺序对多个信号进行采样，而不需要手动切换通道。

4. 规则通道个数

 adc_channel_length_config(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL,ADC_CHNL_NUM);

adc_channel_length_config 函数用于设置 ADC 的正常通道组中的通道个数，其中：ADC0 是指定的 ADC 外设。
ADC_REGULAR_CHANNEL 表示正常通道组。
ADC_CHNL_NUM 是要配置的通道个数。
在嵌入式系统中，ADC 通道组是按照一定的规律或顺序进行采样的。通常，正常通道组用于按照预定顺序对一组通道进行采样。通过设置通道个数，你可以指定在一次转换中，ADC 将采样多少个通道。在这里，ADC_CHNL_NUM 的值决定了正常通道组中的通道个数。

       但是规则组最多转换16通道，注入组最多转换4通道，但是规则通道为“一次可以点16个菜，但是一次只能上一个菜”，因为规则通道的数据寄存器仅仅为16位，而注入通道为“一次可以点4个菜，但一次可以最多上4个菜”。

所以紧接着需要进行转换顺序的配置：

adc_regular_channel_config(ADC0,0,ADC_CHANNEL_12,ADC_SAMPLETIME_479POINT5);

为什么需要进行这一系列操作了，是因为： 

        总的来说，模拟量是连续的、实数值形式的信号，而数字量是对模拟信号进行采样和量化后的离散数值信号。在监测落肥的应用中，传感器可能输出模拟信号，而ADC负责将这些模拟信号转换为微控制器或处理器能够理解的数字信号，以便进行后续的处理和分析。


在监测落肥的场景中，涉及到的是模拟量和数字量的概念。下面对这两者进行简单的解释：模拟量（Analog Signal）：模拟量是指在一定时间内，信号的数值可以连续取任意值的信号。在农业领域，例如监测落肥量，模拟量可以是液体流量、气体压力等。这些信号的数值可以是任何在一定范围内的实数值，而不是离散的数值。
在这个场景中，模拟量可能对应于精确的落肥液流量或其他液体特性，这些物理量通过传感器测量并以模拟形式呈现。
数字量（Digital Signal）：数字量是指信号的数值以离散的形式表示。通常，模拟信号需要通过模数转换（ADC）转换为数字信号，以便在数字系统中进行处理和存储。
在监测落肥量的场景中，通过ADC转换后，得到的数字量可能是一个表示液体流量、压力等的数字值。数字化后的信号可以在数字系统中进行处理、存储、传输和显示。

 四、校准

        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。在校准期间，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。特别需要注意：建议在每次上电后执行一次校准。简单说，这就是个固定流程，stm32要求这么处理：

// ADC 复位校准
adc_calibration_enable(ADC0);
        这行代码通过调用 adc_calibration_enable 函数启用了 ADC 的复位校准。ADC 校准是在初始化过程中的一项重要步骤，它有助于提高 ADC 转换的准确性。校准通常在 ADC 启动之后进行，确保 ADC 能够对模拟输入进行准确的数字化转换。

        需要注意的是，这个校准步骤只执行一次，通常在初始化时进行。在代码中，你可以看到在启用 ADC 之后等待了一段时间：这是为了等待 ADC 稳定，确保校准在 ADC 开启后充分生效。

adc_enable(ADC0);
delay_xms(1);
adc_calibration_enable(ADC0);

    示例代码如下：

    ADC_ResetCalibration(ADC1);				//固定流程，内部有电路会自动执行校准while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);ADC_StartCalibration(ADC1);while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

五、数据对齐

        左对齐与右对齐

 

六、AD转换步骤

        采样、保持、量化、编码

        ADC总转换时间：TCONV = 采样时间+ 12.5个周期

        例如： 当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5周期 TCONV = 1.5 + 12.5 = 14周期 = 1μs

        为什么需要保持？

        因为AD转换中量化、编码需要一定的转换时间，在这个时间内输入电压如果还在不断变化，那么就无法定位电压，所以往往在量化编码前引入采样开关，比如通过加入一个小的电容来存储电压。

最后就是使能ADC，这样就初始化完成了：

//使能软件触发ADC 转换 adc_software_trigger_enable(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL);

这样，ADC 就可以按照预定的通道顺序执行正常通道的连续扫描转换

七、AD_Init(单通道AD转换)初始化函数配置

        1.使能外设时钟：开启ADC1的时钟、开启GPIO的时钟

        2.设置ADC的时钟，选择时钟分频

    /*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);	//开启ADC1的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟/*设置ADC时钟*/RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

        3.规则组通道配置        

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

        4.GPIO初始化、ADC初始化配置：

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/*ADC初始化*/ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;						//定义结构体变量ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//模式，选择独立模式，即单独使用ADC1ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//数据对齐，选择右对齐ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//外部触发，使用软件触发，不需要外部触发ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;		//连续转换，失能，每转换一次规则组序列后停止ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;			//扫描模式，失能，只转换规则组的序列1这一个位置ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					//通道数，为1，仅在扫描模式下，才需要指定大于1的数，在非扫描模式下，只能是1ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);						//将结构体变量交给ADC_Init，配置ADC1

        5.ADC使能

        6.ADC校准

    /*ADC使能*/ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//使能ADC1，ADC开始运行/*ADC校准*///先将ADC1校准功能恢复到默认值，然后再初始化ADC1。ADC_ResetCalibration(ADC1);								//固定流程，内部有电路会自动执行校准while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);ADC_StartCalibration(ADC1);while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

        AD多通道转换只需修改通道配置即可：

        EOC:转换结束位，该位由硬件在规则或者注入通道组转换结束时置1，由软件清除或者读取数据寄存器后自动清除，那么等待EOC标志位置1即等待AD转换完成。

/*** 函    数：获取AD转换的值* 参    数：ADC_Channel 指定AD转换的通道，范围：ADC_Channel_x，其中x可以是0/1/2/3* 返 回 值：AD转换的值，范围：0~4095*/
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);	//在每次转换前，根据函数形参灵活更改规则组的通道1ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);					//软件触发AD转换一次while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待EOC标志位，即等待AD转换结束return ADC_GetConversionValue(ADC1);					//读数据寄存器，得到AD转换的结果
}

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