STM32_ADC

1、ADC简介

        ADC，即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。

        12位逐次逼近型ADC，1us转换时间。

        输入电压范围：0~3.3V，转换结果范围：0~4095(2的12次方)。

        18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源。

        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。

2、ADC框图

        基于stm32f103x

        逐次逼近型ADC

        EOC：End of Convert 转换结束信号

        START：开始转换，给一个输入脉冲，开始转换

        CLOCK：ADC时钟，因为ADC内部是一步一步进行判断的，需要时钟来推动这个过程

        Vref+、Vref-：DAC的参考电压，这个范围也决定了ADC的输入范围，所以它也是ADC的参考电压

        简化框图

        ADC时序图：

                如下图所示，ADC在开始精确转换前需要一个稳定时间tSTAB。在开始ADC转换和14个时钟周期后，EOC标志被设置，16位ADC数据寄存器包含转换的结果。

3、通道选择

        有16个多路通道。可以把转换组织成两组：规则组和注入组。在任意多个通道上以任意顺序进行的一系列转换构成成组转换。例如，可以如下顺序完成转换：通道3、通道8、通道2、通道2、通道0、通道2、通道2、通道15。

3.1 规则组

        规则组由多达16个转换组成。规则通道和它们的转换顺序在ADC_SQRx寄存器中选择。规则组中转换的总数应写入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]位中。

        规则组虽然有16个通道，但是只有1个数据寄存器，一次最多只能转换1个通道，如果一次转换16个通道，那么前15个会被覆盖掉，只保留第16个。如果要使用规则组一次转换多个通道，最好搭配DMA使用，转换一个就转移一个。

3.2 注入组

        注入组由多达4个转换组成。注入通道和它们的转换顺序在ADC_JSQR寄存器中选择。注入组里的转换总数目应写入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]位中。

        注入组一次最多可以转换4个通道，有4个数据寄存器。

4、转换/扫描模式

4.1 单次转换

        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：

        如果一个规则通道被转换：

                转换数据被储存在16位ADC_DR寄存器中

                EOC(转换结束)标志被设置

                如果设置了EOCIE，则产生中断。

        如果一个注入通道被转换：

                转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中

                JEOC(注入转换结束)标志被设置

                如果设置了JEOCIE位，则产生中断。

        然后ADC停止。

4.2 连续转换

        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。每个转换后：

        如果一个规则通道被转换：

                转换数据被储存在16位的ADC_DR寄存器中

                EOC(转换结束)标志被设置

                如果设置了EOCIE，则产生中断。

        如果一个注入通道被转换：

                转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中

                JEOC(注入转换结束)标志被设置

                如果设置了JEOCIE位，则产生中断。

4.3 扫描模式

        此模式用来扫描一组模拟通道。

        扫描模式可通过设置ADC_CR1寄存器的SCAN位来选择。一旦这个位被设置，ADC扫描所有被ADC_SQRX寄存器(对规则通道)或ADC_JSQR(对注入通道)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，同一组的下一个通道被自动转换。如果设置了CONT位，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。如果设置了DMA位，在每次EOC后，DMA控制器把规则组通道的转换数据传输到SRAM中。而注入通道转换的数据总是存储在ADC_JDRx寄存器中。

        扫描模式一般与转换模式结合使用。

5、触发控制

        转换可以由外部事件触发(例如定时器捕获，EXTI线)。如果设置了EXTTRIG控制位，则外部事件就能够触发转换。EXTSEL[2:0]和JEXTSEL2:0]控制位允许应用程序选择8个可能的事件中的某一个，可以触发规则和注入组的采样。

        注意：当外部触发信号被选为ADC规则或注入转换时，只有它的上升沿可以启动转换。

6、数据对齐

         本芯片的ADC是12位的，它的转换结果就是一个12位的数据，但是这个数据寄存器是16位的，所以就存在一个数据对齐的问题。

        ADC_CR2寄存器中的ALIGN位选择转换后数据储存的对齐方式。数据可以左对齐或右对齐，如图29和图30所示。

        注入组通道转换的数据值已经减去了在ADC_JOFRx寄存器中定义的偏移量，因此结果可以是一个负值。SEXT位是扩展的符号值。

        对于规则组通道，不需减去偏移值，因此只有12个位有效。

        一般选择使用的都是数据右对齐。

7、转换时间

        AD转换的步骤：采样、保持、量化、编码

        ADC使用若干个ADC_CLK周期对输入电压采样，采样周期数目可以通过ADC_SMPR1和ADC_SMPR2寄存器中的SMP[2:0]位更改。每个通道可以分别用不同的时间采样。

        总转换时间如下计算：

                Tconv=采样时间+12.5个周期

        采样时间是采样保持花费的时间，采样时间越大，越能避免一些毛刺信号的干扰，不过转换时间也会相应延长；12.5个周期是量化编码花费的时间，因为是12位的ADC，所以需要花费12个周期，多出来0.5个周期可能是要做一些其它东西花费的时间。ADC周期就是从RCC分频过来的ADCCLK，这里这个ADCCLK最大为14KHz。

        例如：当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5个ADC周期

                Tconv=1.5+12.5=14个ADC采样周期=14*1/14MHz=1us

8、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。

        通过设置ADC_CR2寄存器的CAL位启动校准。一旦校准结束，CAL位被硬件复位，可以开始正常转换。建议在上电时执行一次ADC校准。校准阶段结束后，校准码储存在ADC_DR中。

        注意：        

                （1）建议在每次上电后执行一次校准。

                （2）启动校准前，ADC必须处于关电状态(ADON='O')超过至少两个ADC时钟周期。

        校准时序图：

9、ADC编程示例

//AD_Init.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device headervoid AD_Init(void)
{//第一步，开启RCC的时钟，包括ADC和GPIO的时钟,ADCCLK的分频器也需要配置一下RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);	//ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz//第二步，配置GPIO，将需要用的GPIO配制成模拟输入的模式GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;	//模拟输入，在AIN模式下，gpio口是无效的，断开gpio，防止gpio的输入输出对模拟电压造成干扰GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//第三步，配置多路开关，把左边的通道接入到右边的规则组列表里ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);	//关于采样时间的参数，需要更快的转换就用小参数，需要稳定的转换就用大参数，这里就是55.5个ADCCLK的周期//第四步，配置ADC转换器ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//ADC工作模式，独立模式ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//数据对齐方式，右对齐ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//连续转换模式，可以选择是连续转换还是单次转换ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//外部触发转换选择，就是触发控制的触发源，这里不使用外部触发，用内部软件触发ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	//通道数目，指定在扫描模式下总共会用到几个通道ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//扫描转换模式，可以选择是扫描模式还是非扫描模式ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//如果是连续转换模式，仅需要在最开始触发一次就行了，所以只要把下面软件触发转换的函数放在初始化函数最后面就行，在初始化完成后触发一次就行了//第五步，开关控制，开启ADCADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//对ADC进行校准，可以减少误差ADC_ResetCalibration(ADC1);	//复位校准while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);	//ADC_GetResetCalibrationStatus返回复位校准的状态,如果状态变为0了，说明复位校准完成，可以跳出等待了ADC_StartCalibration(ADC1);	//开始校准，之后内部电路会自动开始校准while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);	//等待校准是否完成}uint16_t AD_GetValue(void)
{ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);	//使用ADC_SoftwareStartConvCmd软件触发转换函数，触发之后，adc就开始转换了while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//获取adc状态标志位,ADC_FLAG_EOC规则组转换完成标志位return ADC_GetConversionValue(ADC1);	//获取AD转换的结果,获取转换值的函数是直接读取ADC的DR数据寄存器，因为读取DR寄存器会自动清楚EOC标志位，就不用手动再来清除标志位了
}

//main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"uint16_t ADValue;
float Voltage;int main(void)
{//初始化OLEDOLED_Init();AD_Init();//	OLED_ShowChar(1, 1, 'A');OLED_ShowString(1, 1, "ADValue:");OLED_ShowString(2, 1, "Voltage:0.00V");
//	OLED_ShowNum(2, 1, 12345, 5);
//	OLED_ShowSignedNum(2, 7, -66, 2);
//	OLED_ShowHexNum(3, 1, 0xAA55, 4);
//	OLED_ShowBinNum(4, 1, 0xAA55, 16);//	OLED_Clear();while (1){ADValue = AD_GetValue();Voltage = (float)ADValue / 4095 * 3.3;OLED_ShowNum(1, 9, ADValue, 4);OLED_ShowNum(2, 9, Voltage, 1);OLED_ShowNum(2, 11, (uint16_t)(Voltage * 100) % 100, 2);Delay_ms(100);}
}

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