STM32CubeMX学习笔记8 -ADC

1. ADC简介

ADC 是Analog-to-Digital Converter的缩写。指模/数转换器或者模拟/数字转换器。是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。典型的模拟数字转换器将模拟信号转换为表示一定比例电压值的数字信号。简单地说就是将模拟电压值，转换成对应的肉眼可读数值

12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有，3个ADC控制器，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。

12位模拟数字转换器就是ADC的数字存储是12位的也就是说转换器通过采集转换所得到的最大值是4095 “111111111111”=4095 二进制的12位可表示0-4095个数，对应着所测电压的实际值，转换的电压范围是0v-3.3v的话，转换器就会把0v-3.3v平均分成4096份。设转换器所得到的值为x，所求电压值为y。

同理，可以理解8位精度和10位精度

具体的转压范围下面我们会讲

3个ADC控制器
就是说STM32一共有3个ADC ADC1,ADC2,ADC3

18个通道
STM32 的ADC 多达18 个通道，
16个外部通道和2个内部信号源 具体是哪一个IO 口可以从手册查询到

STM32F10x系列芯片ADC通道和引脚对应关系：
16个外部通道：芯片上有16个引脚是可以接到模拟电压上进行电压值检测的

2个内部信号源： 一个是内部温度传感器，一个是内部参考电压

一共支持23个引脚支持ADC，包括21个外部和2个内部信号源

ADC的转换模式 (重要，请务必看懂)
1 单次转换模式：ADC只执行一次转换；

2 连续转换模式：转换结束之后马上开始新的转换；

3 扫描模式：ADC扫描被规则通道和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，这一组的下一个通道被自动转换。如果设置了CONT位（开启了连续转换模式），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。

4 间断模式：触发一次，转换一个通道，在触发，在转换。在所选转换通道循环，由触发信号启动新一轮的转换，直到转换完成为止。

扫描模式简单的说是一次对所有所选中的通道进行转换，比如开了ch0，ch1，ch4，ch5。 ch0转换完以后就会自动转换通道1,4,5直到转换完这个过程不能被打断。如果开启了连续转换模式，则会在转换完ch5之后开始新一轮的转换。

这就引入了间断模式，可以说是对扫描模式的一种补充。它可以把0,1,4,5这四个通道进行分组。可以分成0,1一组，4,5一组。也可以每个通道单独配置为一组。这样每一组转换之前都需要先触发一次。

ADC单通道：

只进行一次ADC转换：配置为“单次转换模式”，扫描模式关闭。ADC通道转换一次后，就停止转换。等待再次使能后才会重新转换

进行连续ADC转换：配置为“连续转换模式”，扫描模式关闭。ADC通道转换一次后，接着进行下一次转换，不断连续。

ADC多通道：

只进行一次ADC转换：配置为“单次转换模式”，扫描模式使能。ADC的多个通道，按照配置的顺序依次转换一次后，就停止转换。等待再次使能后才会重新转换

进行连续ADC转换：配置为“连续转换模式”，扫描模式使能。ADC的多个通道，按照配置的顺序依次转换一次后，接着进行下一次转换，不断连续。

也就是：多通道必须使能扫描模式

上面转换模式介绍一部分为转自他人

左对齐或右对齐
因为ADC得到的数据是12位精度的，但是数据存储在 16 位数据寄存器中，所以ADC的存储结果可以分为左对齐或右对齐方式（12位）

ADC的工作框图

图：stm32f103参考手册
接下来我们介绍下ADC的工作框图，让您有个更直白地了解，涉及到寄存器的一些部分不再详细讲解，

1、电压输入范围

ADC一般用于采集小电压，其输入值不能超过VDDA，即ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。具体的定义见上图。
一般把VSSA和VREF- 接地， VREF+ 和 VDDA接3V3，那么ADC的输入范围是0~3.3V。

2、ADC输入通道
从ADCx_INT0-ADCx_INT15 对应三个ADC的16个外部通道，进行模拟信号转换此外，还有两个内部通道：温度检测或者内部电压检测
选择对应通道之后，便会选择对应GPIO引脚，相关的引脚定义和描述可在开发板的数据手册里找

3、注入通道，规则通道
我们看到，在选择了ADC的相关通道引脚之后，在模拟至数字转换器中有两个通道，注入通道，规则通道，规则通道至多16个，注入通道至多4个

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

图：正点原子
你可以通过上图有一个更直观的认识，可以简单地把注入通道理解为中断形式，可以更好理解

4、ADC时钟
ADC预分频器的ADCCLK是ADC模块的时钟来源。通常，由时钟控制器提供的ADCCLK时钟和PCLK2（APB2时钟）同步。RCC控制器为ADC时钟提供一个专用的可编程预分频器。分频因子由RCC_CFGR的ADCPRE[1:0]配置，可配置2/4/6/8分频

STM32的ADC最大的转换速率为1MHz,也就是说最快转换时间为1us，为了保证ADC转换结果的准确性，ADC的时钟最好不超过14M。

T = 采样时间 + 12.5个周期，其中1周期为1/ADCCLK

例如，当 ADCCLK=14Mhz 的时候，并设置 1.5 个周期的采样时间，则得到： Tcovn=1.5+12.5=14 个周期=1us。

5、外部触发转换
ADC 转换可以由ADC 控制寄存器2: ADC_CR2 的ADON 这个位来控制，写1 的时候开始转换，写0 的时候停止转换

当然，除了ADC_CR2寄存器的ADON位控制转换的开始与停止，还可以支持外部事件触发转换（比如定时器捕捉、EXTI线）

包括内部定时器触发和外部IO触发。具体的触发源由ADC_CR2的EXTSEL[2:0]位（规则通道触发源）和 JEXTSEL[2:0]位（注入通道触发源）控制。

同时ADC3的触发源与ADC1/2的触发源有所不同，上图已经给出，

具体查看第五部分框图即可理解

6、中断
中断触发条件有三个，规则通道转换结束，注入通道转换结束，或者模拟看门狗状态位被设置时都能产生中断，

转换结束中断就是正常的ADC完成一次转换，进入中断，这个很好理解

模拟看门狗中断，当被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，听他的名字就知道，在ADC的应用中是为了防止读取到的电压值超量程或者低于量程

DMA
同时ADC还支持DMA触发，规则和注入通道转换结束后会产生DMA请求，用于将转换好的数据传输到内存。

注意，只有ADC1和ADC3可以产生DMA请求

因为涉及到DMA传输，所以这里我们不再详细介绍，之后几节会更新DMA,一般我们在使用ADC 的时候都会开启DMA 传输。

ADC的主要特征
STM32F10x ADC特点
12位逐次逼近型的模拟数字转换器。
最多带3个ADC控制器
最多支持18个通道，可最多测量16个外部和2个内部信号源。
支持单次和连续转换模式
转换结束，注入转换结束，和发生模拟看门狗事件时产生中断。
通道0到通道n的自动扫描模式自动校准
采样间隔可以按通道编程
规则通道和注入通道均有外部触发选项
转换结果支持左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器
ADC转换时间：最大转换速率 1us。（最大转换速度为1MHz，在ADCCLK=14M，采样周期为1.5个ADC时钟下得到。）
ADC供电要求：2.4V-3.6V
ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+

STM32F4x ADC特点

注：上部分来自正点原子

F1与F4区别
F4的ADC支持12位，10位，8位和6位精度，F1只支持12位

F1和F4都具有3个ADC，F1可提供21个输入通道，F4可以提供24个输入通道。

F1的ADC最大采样频率为1Msps，2路交替采样可到2Msps（F1不支持3路交替采样）。F4的ADC最大采样频率为2.4Msps，3路交替采样可到7.2Msps。
以上简介转载于：https://blog.csdn.net/as480133937/article/details/99627062

2、硬件设计

由于板子上并无适合做ADC的外设，但是STM32F1有一个内部的温度传感器，可以用来测量CPU及周围的温度。该温度传感器在内部和ADCx_IN16输入通道相连接，此通道把传感器输出的电压转换成数字值，温度传感器模拟输入推荐采样时间是17.1us，通过读取ADC通道16的值，通过如下计算公式即可算出当前温度：

本章将通过ADC1通道16采集芯片内部温度，将采样的AD值和转换后的温度值通过USART1串口打印出来，同时LED3指示灯闪烁，提示系统正常运行

3. STM32CubeMX设置

RCC设置外接HSE，时钟设置为72M，ADC预分频因子设置为6，ADC_CLK为12MHz
PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位
激活ADC1温度传感器通道，设置右对齐，关闭扫描、连续及间断模式，使能regular conversion，设置软件触发、设置采样时间239.5个周期（19.96us）

设定ADC的触发方式

Regular Conversion launched by software 规则的软件触发调用函数触发即可

Timer X Capture Compare X event 外部引脚触发,

Timer X Trigger Out event 定时器通道输出触发需要设置相应的定时器设置

这个具体在上方ADC框图的5部分有讲解

Rank 转换顺序

这个只修改通道采样时间即可默认为1.5个周期

多个通道时会有多个Rank，可以设定每个通道的转换顺序
ADC总转换时间如下计算：

TCONV = 采样时间+ 12.5个周期

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。

因此，ADC的最小采样时间1us（ADC时钟=14MHz，采样周期为1.5周期下得到）这个上方也有讲解

注入通道设置
也就是注入通道的设置，和转换通道没啥太大区别，这里不再详解

WahchDog
Enable Analog WatchDog Mode(使能模拟看门狗中断)

这个上方有讲解，本质也测量值就是超出测量范围或者低于最低范围，启动看门狗

开启了ADC之后需要重新配置一下时钟分频，将ADC的分频设置成12MHZ

4、程序编程

在adc.c文件中可以看到ADC初始化函数

void MX_ADC1_Init(void)
{/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 0 *//* USER CODE END ADC1_Init 0 */ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 1 *//* USER CODE END ADC1_Init 1 *//** Common config*/hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;;if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Configure Regular Channel*/sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR;sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5;if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 *//* USER CODE END ADC1_Init 2 */}void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* adcHandle)
{if(adcHandle->Instance==ADC1){/* USER CODE BEGIN ADC1_MspInit 0 *//* USER CODE END ADC1_MspInit 0 *//* ADC1 clock enable */__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();/* USER CODE BEGIN ADC1_MspInit 1 *//* USER CODE END ADC1_MspInit 1 */}
}void HAL_ADC_MspDeInit(ADC_HandleTypeDef* adcHandle)
{if(adcHandle->Instance==ADC1){/* USER CODE BEGIN ADC1_MspDeInit 0 *//* USER CODE END ADC1_MspDeInit 0 *//* Peripheral clock disable */__HAL_RCC_ADC1_CLK_DISABLE();/* USER CODE BEGIN ADC1_MspDeInit 1 *//* USER CODE END ADC1_MspDeInit 1 */}
}

在主函数while循环中添加如下测试程序

uint16_t AD_Value;float Vol_Value,Temperature;while (1){HAL_ADC_Start(&hadc1);  //启动ADC转换HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10);   //等待转换完成，10ms表示超时时间AD_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);    //读取ADC转换数据（12位数据）printf1("ADC1_IN16 ADC value: %d\r\n",AD_Value);Vol_Value = AD_Value*(3.3/4096);    //AD值乘以分辨率即为电压值printf1("ADC1_IN16 VOL value: %.2fV\r\n",Vol_Value);Temperature = (1.43 - Vol_Value)/0.0043 + 25;   //根据公式算出温度值printf1("MCU Internal Temperature: %.2f℃\r\n",Temperature);printf1("\r\n");HAL_GPIO_TogglePin(GPIOE,GPIO_PIN_5);HAL_Delay(1000);
}

程序编译无误后下载到板子上进行验证

5、下载验证

可以看到串口接收到原始是12位AD值，根据公式转换为电压值和温度值即可获得单片机内部的温度。

6、程序扩展

中断读取：

如果使能了ADC转换结束中断，并且使能了定时器中断，可以这样写：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)    //定时器中断回调
{HAL_ADC_Start_IT(&hadc1); //定时器中断里面开启ADC中断转换，1ms开启一次采集    
}void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)    //ADC转换完成回调
{HAL_ADC_Stop_IT(&hadc1);    　　　　//关闭ADCHAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim3);　　  //关闭定时器AD_Value=HAL_ADC_GetValue(&hadc1);　　//获取ADC转换的值printf("ADC1 Reading : %d \r\n",AD_Value);printf("%.4f V\r\n",(AD_Value*3.3/4096));　　　  //串口打印电压信息HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); 　　　　  //开启定时器
}

函数讲解：

开启ADC 3种模式 ( 轮询模式中断模式 DMA模式）

• HAL_ADC_Start(&hadcx); //轮询模式开启ADC
• HAL_ADC_Start_IT(&hadcx); //中断轮询模式开启ADC
• HAL_ADC_Start_DMA(&hadcx)； //DMA模式开启ADC

关闭ADC 3种模式 ( 轮询模式中断模式 DMA模式）

• HAL_ADC_Stop()
• HAL_ADC_Stop_IT()
• HAL_ADC_Stop_DMA()

ADC校准函数：

• HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadcx);

F4系列不支持

读取ADC转换值

• HAL_ADC_GetValue()

等待转换结束函数

• HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 50);