【STM32】学习笔记之ADC（模拟/数字转换）

参考资料：stm32中文参考手册，正点原子开发指南
针对stm32f103zet6

ADC简介

ADC即模数转换器，是指将连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号的器件。在现实中模拟信号如温度、压力、声音或者图像等，转换成更容易存储、处理、发射的数字形式，模数转换器则可以实现这个功能。

12位的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个内部的信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC结果可以左对齐或者右对齐的方式存储在16位数据寄存器中。

具有模拟看门狗的特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高低阈值。

ADC的输入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2经分频产生。

说明：逐次逼近型ADC：将采样输入信号与已知电压不断进行比较，1个时钟周期完成位转换，N位转换需要N个时钟周期，转换完成，输出二进制数。

ADC寄存器描述

• 状态寄存器（ADC_SR）
• 控制寄存器1（ADC_CR1）
• 控制寄存器2（ADC_CR2）
• 采样时间寄存器1（ADC_SMPR1）
• 采样时间寄存器2（ADC_SMPR2）
• 注入通道数据偏移寄存器x（ADC_JOFRx，x=1…4）
• 看门狗高阀值寄存器（ADC_HTR）
• 看门狗低阀值寄存器（ADC_LRT）
• 规则序列寄存器1（ADC_SQR1）
• 规则序列寄存器2（ADC_SQR2）
• 规则序列寄存器3（ADC_SQR3）
• 注入序列寄存器（ADC_JSQR）
• 注入数据寄存器x（ADC_JDRx，x=1…4）
• 规则数据寄存器（ADC_DR）

ADC功能描述

可以根据序号对照着功能框图看

①电压输入范围

输入电压：V_REF- <= VIN <= V_REF+
决定电压输入的引脚：V_REF-、 V_REF+、V_DDA、V_SSA
V_SSA和V_REF-一起接地，把V_REF+和V_DDA一起接3V3，得到ADC的输入电压范围为0~3.3V。

②输入通道

18个通道可测量16个外部，2个内部信号源
ADC外部通道右16个，2个内部信号源分别是温度传感器和V_REFINT，其中16个通道都都可以作为规则通道，任意四个都可以用作注入通道。

• 规则通道：一般使用的规则通道
• 注入通道：是一种在规则通道通道转换的时候强行插入要转换的通道，和中断很像，注入通道只有在规则通道存在时才会出现。

③通道转换规则

见规则序列寄存器SQRx


注入通道的转换见注入序列寄存器，要注意转换的顺序，例如当ADC_JSQR[21:0]=10 00011 00011 00111 00010，转换顺序是7 3 3而不是2 7 3

④触发源

1.软件触发源 ADC_CR2：ADON/SWSTART/JSWSTART
2.外部事件触发：内部定时器/外部IO
选择：ADC_CR2：EXTSEL[2:0]和JEXTSEL[2:0]
激活：ADC_CR2：EXTEN和JEXTEN

⑤转换时间

在stm32中文参考手册上是这样
T_conv = 采样时间 +12.5个周期（固定）
ADC_CLK：ADC模拟电路时钟，最大值为14M，由PCLK2提供，可2/4/6/8分频，RCC_CFGR的ADCPRE[1:0]设置，当PCLK2为72M时，由于ADC模拟时钟最大值为14M，所以最多只能6分频，ADC模拟电路的时钟为12M

采样时间：ADC需要若干个ADC_CLK周期完成对输入模拟量进行采样，采样的周期数可通过ADC采样时间寄存器ADC_SMPR1和ADC_SMPR2中的SMPRx[2:0]位设置，ADC_SMPR2控制的通道是0 ~ 9，ADC_SMPR1控制的通道是10 ~ 17，当设置采样周期为1.5的时候，T_conv = 1.5+12.5=14 ，所以转换时间为14*（1/12）=1.17us

⑥数据寄存器

注意：双通道adc我就没介绍了，在双ADC模式里，根据ADC1_CR1寄存器中DUALMOD[2:0]位所选的模式，转换的启动可以是
ADC1主和ADC2从的交替触发或同步触发。（在双ADC模式里，为了在主数据寄存器上读取从转换数据，必须使能DMA位，即使不使用DMA传输规则通道数据。后面再介绍）

⑦中断

这里指的是模拟看门狗

⑧电压转化

电压输入范围为0~3.3v
分辨率为12位
最小精度3.3/2^12
数字量为X，模拟量为Y = (3.3/2^12)*X

ADC的配置库函数方式

1.开启PA口时钟和ADC1时钟，设置PA1为模拟输入

2.复位ADC1，同时设置ADC1分频因子
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //设置为6分频
ADC_DeInit(ADC1);//ADC时钟复位

3.初始化 ADC1 参数， 设置 ADC1 的工作模式以及规则序列的相关信息。
在设置完分频因子之后，我们就可以开始 ADC1 的模式配置了，设置单次转换模式、触发
方式选择、数据对齐方式等都在这一步实现
都是通过ADC_Init实现的
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);
第二个参数：

typedef struct
{
	uint32_t ADC_Mode;
	FunctionalState ADC_ScanConvMode;
	FunctionalState ADC_ContinuousConvMode;
	uint32_t ADC_ExternalTrigConv;
	uint32_t ADC_DataAlign;
	uint8_t ADC_NbrOfChannel;
}ADC_InitTypeDef;

4.使能ADC并校准
使能AD转化器，执行复位校准和AD校准
使能指定的ADC的方法是：
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的 ADC1
执行复位校准的方法是：
ADC_ResetCalibration(ADC1);
执行 ADC 校准的方法是：
ADC_StartCalibration(ADC1); //开始指定 ADC1 的校准状态

5.读取ADC的值
校准完成之后，ADC就算准备好了，接下来就是设置规则序列1里面的通道，采样顺序，以及通道的采样周期，然后启动ADC转换。在转换结束之后，读取ADC转换结果值。
我们设定规则序列中的第一个转换，同时采样周期为239.5
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );
软件开启ADC转换的方法是：
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//使能指定的 ADC1 的软件转换启动功能
开启转换之后，就可以获取转换 ADC 转换结果数据， 方法是：
ADC_GetConversionValue(ADC1);
同时在 AD 转换中，我们还要根据状态寄存器的标志位来获取 AD 转换的各个状态信息。库函
数获取 AD 转换的状态信息的函数是：
FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG)
比如我们要判断 ADC1d 的转换是否结束，方法是：
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束

//初始化 ADC
//这里我们仅以规则通道为例
//我们默认将开启通道 0~3
void Adc_Init(void)
{
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_ADC1 , ENABLE ); //使能 ADC1 通道时钟
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //设置 ADC 分频因子 6 ,72M/6=12,ADC 最大时间不能超过 14M

	//PA1 作为模拟通道输入引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA.1

	ADC_DeInit(ADC1); //复位 ADC1,将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC 独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //单通道模式
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //单次转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//转换由软件而不是外部触发启动
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADC 数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //顺序进行规则转换的ADC 通道的数目
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根据指定的参数初始化外设 ADCx

	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的 ADC1
	ADC_ResetCalibration(ADC1); //开启复位校准
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束
	ADC_StartCalibration(ADC1); //开启 AD 校准
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校准结束
}

//获得 ADC 值
//ch:通道值 0~3
u16 Get_Adc(u8 ch)
{
	//设置指定 ADC 的规则组通道，设置它们的转化顺序和采样时间
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );
	//通道 1,规则采样顺序值为 1,采样时间为 239.5 周期
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //使能软件转换功能
	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
}

u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
	u32 temp_val=0;
	u8 t;
	for(t=0;t<times;t++)
	{
		temp_val+=Get_Adc(ch);
		delay_ms(5);
	}
	return temp_val/times;
}

Adc_Init 函数用于初始化 ADC1。这里基本上是按我们上面的步骤来初始化的，我们仅开通了 1 个通道，即通道 1。第二个函数 Get_Adc，用于读取某个通道的 ADC 值，例如我们读取通道 1 上的 ADC 值，就可以通过 Get_Adc（1）得到。 最后一个函数 Get_Adc_Average，用于多次获取 ADC 值，取平均，用来提高准确度。

int main(void)
{
	u16 adcx;
	float temp;
	delay_init(); //延时函数初始化
	LED_Init(); //LED 端口初始化
	LCD_Init(); //LCD 初始化
	Adc_Init(); //ADC 初始化

	//显示提示信息
	POINT_COLOR=BLUE; //设置字体为蓝色
	LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"ADC_CH0_VAL:");
	LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"ADC_CH0_VOL:0.000V");
	while(1)
	{
		adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10);
		LCD_ShowxNum(156,130,adcx,4,16,0);//显示 ADC 的值
		temp=(float)adcx*(3.3/4096);
		adcx=temp;
		LCD_ShowxNum(156,150,adcx,1,16,0);//显示电压值
		temp-=adcx;
		temp*=1000;
		LCD_ShowxNum(172,150,temp,3,16,0X80);
		LED0=!LED0;
		delay_ms(250);
	}
}

将PA0外接3V3电源时显示3.299V