【STM32】ADC模数转换器

1 ADC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

STM32是数字电路，只有高低电平，没有几V电压的概念，想读取电压值，就需要借助ADC模数转换器了。DAC则是相反的功能。

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，0 ~ 2 ^ 12 - 1（量化结果0~4095）
转换时间：也是转换频率，从转换开始到产生结果需要花1us时间，即转换频率是1MHz

输入电压范围：0~3.3V，转换结果范围：0~4095

线性对应

18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源

16个GPIO口、内部温度传感器（测量CPU的温度）和内部参考电压（1.2V的基准电压）

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

STM32F103C8T6 ADC资源：ADC1、ADC2，10个外部输入通道

1.1 逐次逼近型ADC

ADC0809的内部结构图，独立的8位逐次逼近型ADC芯片。

左边是8路输入通道，通过通道选择开关，选中一路，输入到比较器前进行转换；下面是地址锁存和译码（想选中哪个通道，就把通道号放在这三个引脚上，再给一个锁存信号，上面对应的通路开关就可以自动拨好了，相当于38译码器）

比较器有两个输入端，一个是待测电压，另一个是DAC（数模转换器）的电压输出端；如果DAC输出的电压比较大，就调小DAC数据；如果DAC输出的电压比较小，就增大DAC数据；直到DAC输出的电压和外部通道输入的电压近似相等，这样DAC输入的数据就是外部电压的编码数据了，这就是DAC的实现原理。一般使用二分法调节。

1.2 ADC框图

具体的

有温度传感器、内部参考电压，总共18个输入通道，接到模拟多路开关，其输出接到模数转换器，即逐次比较，转换结果放在数据寄存器里。

普通的的流程是：多路开关选中某一个通道，开始转换，等待转换完成，取出结果。

这里比较高级，可以同时选中多个，而且在转换的时候，还分成了两个组，规则通道组和注入通道组，其中规则组可以一次性最多选择16个通道，注入组一次最多选择4个通道。规则组的数据寄存器只能存储一个结果，如果不想之前的结果被覆盖，那在转换完成之后，要尽快把结果拿走（使用DMA转运数据）；注入组可以存4个结果，不用担心数据覆盖。

左下角是触发转换部分，对于STM32的ADC，触发ADC开始转换的信号有两种：一种是软件触发，程序中调用一条代码；另一种是硬件触发，就是这些触发源。上面是注入组触发源，下面是规则组触发源。这些触发源主要来自定时器，有定时器的各个通道，还有TRGO定时器主模式的输出。定时器可以通向ADC、DAC这些外设，用于触发转换。因为ADC经常需要过一个固定的时间段转换一次，正常的思路是：用定时器，每隔1ms申请一次中断，在中断里手动开始一次转换；但是频繁进中断对程序是有影响的，所以对这种需要频繁进中断，并且在中断里只完成简单的工作的情况，一般都会有硬件的支持。还可以选择外部中断引脚来触发转换。

VREF+、VREF-是ADC的参考电压，决定了ADC的输入电压范围，VDDA、VSSA是ADC的供电引脚，一般情况下VREF+接VDDA，VREF-接VSSA。

右边这里是ADCCLK是ADC的时钟，是用于驱动内部逐次比较的时钟，这个时钟来自ADC的预分频器，而ADC预分频器来自RCC的。

模拟看门狗里面可以存储阈值高限和阈值底限，如果指定了模拟看门狗，并且指定了看门的通道，越限之后，它就会乱叫，在上面申请一个模拟看门狗中断，最后通向NVIC。

对于规则组和注入组，转换完成之后，也会有一个EOC转换完成的信号，EOC是规则组的完成信号，JEOC是注入组完成的信号，这两个信号会在状态寄存器里置一个标志位，读取这个标志位就可以知道是不是转换完成了；同时这两个标志位也可以去到NVIC，申请中断，如果开启了NVIC对应的通道，它们就会触发中断。

1.3 ADC基本结构

左边是输入通道，16个GPIO口外加两个内部通道，然后进入AD转换器。AD转换器里有两个组，一个是规则组，一个是注入组，规则组最多选择16个通道，注入组最多选择4个通道，然后转换的结果存在AD数据寄存器里，其中规则组只有一个数据寄存器，而注入组有4个数据寄存器。下面有触发控制，触发控制可以选择软件触发和硬件触发，硬件触发主要是来自定时器，当然也可以选择外部中断的引脚；右边是来自RCC的ADC时钟CLOCK，ADC逐次比较的功能就是这个时钟推动的。然后上面可以布置一个模拟看门狗用于检测转换结果的范围，如果超出设定的阈值，就通过中断输出控制，向NVIC申请中断。另外规则组和注入组完成之后会有个EOC信号，它会置一个标志位，当然也可以通向NVIC。右下角有个开关控制，在库函数中就是ADC_Cmd，用于给ADC上电的。

1.4 输入通道

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

ADC通道和引脚复用的关系。

ADC12_IN0的意思是ADC1和ADC2的IN0都是在PA0上的。以此类推。双ADC模式。

1.5 规则组的转换模式

在ADC初始化中会有两个参数，一个是选择单次转换还是连续转换；另一个是扫描模式还是非扫描

1.5.1 单次转换，非扫描模式

这个列表就是规则组里面的菜单，有16个空位。可以在这里写入要转换的通道，比如通道2，在非扫描的模式下，这个菜单就只有第一个序列1的位置有效。这时菜单同时选中一组的方式就退化成简单地选中一个的方式了，在这里可以在序列1的位置指定想转换的通道，比如通道2，然后触发转换，ADC就会对通道2进行模数转换，过一小段时间后，转换完成，转换结果放在数据寄存器里，同时给EOC标志位置1，整个转换过程就结束了。判断EOC标志位来确定转换是否完成。如果想再启动一次转换，那就需要再触发一次，转换结束，置EOC标志位，读结果。如果想换一个通道转换，那就在转换之前把第一个位置的通道2改成其他通道，再启动转换就可以了。这就是单次转换、非扫描的转换模式。