STM32f407的数字采集电路ADC的设计与使用
(1)简介
stm32 具有2路12位的ADC，具有18个通道（其中两个为内部通道）。各通道 的 ＡＤＣ转换可以单次，连续，扫描或者间断模式执行。
ＡＤＣ的数据可以选择左对齐或者右对齐存储在１６位的数据寄存器里面。
其中模拟看门狗可以检查输出的电压是否在设定的范围内。
（2）ADC的主要技术指标
分辨率：12分辨率，不能够测量负压，无符号。做小的量化单位LSB=Vref+/2^12.
0-3.3V 时每份度为0.805mV
0-10V 时10V/4096=2.44mv
转换时间： 采样一次至少14个时钟周期，ADＣ的时钟频率最高14ＭＨＺ，也就是说最短时间１ｕｓ．理论上可以采样５００Ｋ一下的频率。
ＡＤＣ类型：逐次比较型ADC。
逐次逼近型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。
其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低分辨率( lt; 12位)时价格便宜,但高精度( ; 12位)时价格很高。
ADC的电压范围：Vref+,Vref-：模拟参考电压。 2.4 到模拟电源电压。
VDDA，VSSA。模拟信号电源。电源输入2.4 ---3.6
（3）源码分析：
下面是采集6路电压，通过ＤＭＡ的方式传输到内存。
1：输入引脚的配置
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: ADC_GPIO_Configuration
* 功能说明: ADC相关的Gpio的配置
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void ADC_GPIO_Configuration(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|\
GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN; //模拟输入
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
2：DMA的配置
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: ADC_DMA_Configuration
* 功能说明: ADC相关的DMA的配置
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void ADC_DMA_Configuration(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
/* DMA2 Stream0 channel0 请求映射对应着ADC1-------------------------------------------------- */
DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)ADC1_DR_ADDRESS; //外设地址
DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)&uhADCConvertedValue; //内存地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory; //传输方向外设到内存
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 6; //传输长度
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设递增关闭
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //内存递增开启
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//数据宽度
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //循环模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //优先级高
DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; //DMA FIFO 关闭
DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
DMA_Init(DMA2_Stream0, &DMA_InitStructure);
DMA_Cmd(DMA2_Stream0, ENABLE); // 使能DMA
}ADC1对应ＤＭＡ２ channel0 dream0
需要注意 的是ＤＭＡ提供了ＦＩＦＯ的功能但是ＡＤＣ并没使用。这个功能的用于自行百度。
3:ADC的配置
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: ADC_ADC_configuration
* 功能说明: ADC相关的ADC的配置
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void ADC_ADC_configuration(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
/****************************************************************************
关于AD采样速率的计算。
HCLK=SYSCLK/1=168M
PCLK2=HCLK/2=84M
ADCCLK=PCLK2/4=21M
//ADC采样率= Sampling Time + Conversion Time = 480 + 12 cycles = 492cyc
// Conversion Time = 21MHz / 492cyc = 42.6ksps.
ADC采样率= Sampling Time + Conversion Time = 144 + 12 cycles = 156cyc
Conversion Time = 21MHz / 156cyc = 134.6ksps.
*****************************************************************************/
/* ADC Common 通用 配置 ----------------------------------------------------------*/
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //工作模式：独立模式（如果两个以上ＡＤＣ需）
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4; //选择二分频
ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled; //DMA 禁止选项
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//采样延时
ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
/* ADC1 regular channel 12 configuration ************************************/
ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b; //12bit
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE; //扫描模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; //续转化模式
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None; //禁用外部触发（外部触发包括中断，或者定时器）
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADC数据右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 6; // 6个通道
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
/* Enable ADC1 DMA */
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
}
关于AD采样速率的计算。
HCLK=SYSCLK/1=168M
PCLK2=HCLK/2=84M
ADCCLK=PCLK2/4=21M
//ADC采样率= Sampling Time + Conversion Time = 480 + 12 cycles = 492cyc
// Conversion Time = 21MHz / 492cyc = 42.6ksps.
ADC采样率= Sampling Time + Conversion Time = 144 + 12 cycles = 156cyc
Conversion Time = 21MHz / 156cyc = 134.6ksps.
根据公式：
/* PLL_VCO = (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M) * PLL_N / / /
即 PLL_VCO=8/8*336=336M
而 /* SYSCLK = PLL_VCO / PLL_P //即 系统时钟SYSCLK=336/2=168M(系统时钟不能超过168M)
而/* USB OTG FS, SDIO and RNG Clock = PLL_VCO / PLLQ ///即USB SDIO RNG的时钟为24M
rcc_cofig()中可以定义各个总线时钟的分频：
HCLK = SYSCLK / 1 (AHB1Periph) 则HCLK=168M 与系统时钟相等
PCLK2 = HCLK / 2 (APB2Periph) 则PCLK2=168/2=84M(函数中定义分频值)
PCLK1 = HCLK / 4 (APB1Periph)则 PCLK1 =168/4(函数中定义分频值)
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div2; //
在ADC设置中设置为PCLK2的2个分频
则ADC时钟脉冲为84/2=42M
如果ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_3Cycles);
则ADC采样的频率为42/(3+12)=2.8M(其中3是上面函数定义的参数(可变)，12是采样值转换的固定时间(固定))
注意：采样频率与
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay =ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//ADC_delay_between_2_sampling_phases
这个函数没有任何关系。
由于系统时钟最大不能超过168M，所以ADC采样的最大值为2.8M/S.
如果想设定为2M的采样频率，则需要修改PLL_N为240;
4.初始化ADC
/* define ---------------------------------------------------------------------*/
#define ADC1_DR_ADDRESS ((uint32_t)0x4001204C)
/* 变量 ----------------------------------------------------------------------*/
__IO uint16_t uhADCConvertedValue[6];void bsp_InitADC(void)
{
/* 使能外设时钟 */
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2 | RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
ADC_GPIO_Configuration();
ADC_DMA_Configuration();
ADC_ADC_configuration();
/* ADC1 regular channels 10, 11 configuration */
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_144Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_144Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4, 3, ADC_SampleTime_144Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 4, ADC_SampleTime_144Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_6, 5, ADC_SampleTime_144Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_7, 6, ADC_SampleTime_144Cycles);
/* Enable DMA request after last transfer (Single-ADC mode) */
ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC1, ENABLE);
/* Enable ADC1 **************************************************************/
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
/* Start ADC1 Software Conversion */
ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
}完整代码：
bsp_adc.h
#include "bsp/adc/bsp_adc.h"
/* define ---------------------------------------------------------------------*/
#define ADC1_DR_ADDRESS ((uint32_t)0x4001204C)
/* 变量 ----------------------------------------------------------------------*/
__IO uint16_t uhADCConvertedValue[6];
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: ADC_GPIO_Configuration
* 功能说明: ADC相关的Gpio的配置
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void ADC_GPIO_Configuration(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|\
GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN; //模拟输入
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: ADC_DMA_Configuration
* 功能说明: ADC相关的DMA的配置
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void ADC_DMA_Configuration(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
/* DMA2 Stream0 channel0 请求映射对应着ADC1-------------------------------------------------- */
DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)ADC1_DR_ADDRESS; //外设地址
DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)&uhADCConvertedValue; //内存地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory; //传输方向外设到内存
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 6; //传输长度
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设递增关闭
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //内存递增开启
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//数据宽度
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //循环模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //优先级高
DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; //DMA FIFO 关闭
DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
DMA_Init(DMA2_Stream0, &DMA_InitStructure);
DMA_Cmd(DMA2_Stream0, ENABLE); // 使能DMA
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: ADC_ADC_configuration
* 功能说明: ADC相关的ADC的配置
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void ADC_ADC_configuration(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
/****************************************************************************
关于AD采样速率的计算。
HCLK=SYSCLK/1=168M
PCLK2=HCLK/2=84M
ADCCLK=PCLK2/4=21M
//ADC采样率= Sampling Time + Conversion Time = 480 + 12 cycles = 492cyc
// Conversion Time = 21MHz / 492cyc = 42.6ksps.
ADC采样率= Sampling Time + Conversion Time = 144 + 12 cycles = 156cyc
Conversion Time = 21MHz / 156cyc = 134.6ksps.
*****************************************************************************/
/* ADC Common 通用 配置 ----------------------------------------------------------*/
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //工作模式：独立模式（如果两个以上ＡＤＣ需）
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4; //选择二分频
ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled; //DMA 禁止选项
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//采样延时
ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
/* ADC1 regular channel 12 configuration ************************************/
ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b; //12bit
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE; //扫描模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; //续转化模式
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None; //禁用外部触发（外部触发包括中断，或者定时器）
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADC数据右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 6; // 6个通道
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
/* Enable ADC1 DMA */
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
}
void bsp_InitADC(void)
{
/* 使能外设时钟 */
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2 | RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
ADC_GPIO_Configuration();
ADC_DMA_Configuration();
ADC_ADC_configuration();
/* ADC1 regular channels 10, 11 configuration */
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_144Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_144Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4, 3, ADC_SampleTime_144Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 4, ADC_SampleTime_144Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_6, 5, ADC_SampleTime_144Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_7, 6, ADC_SampleTime_144Cycles);
/* Enable DMA request after last transfer (Single-ADC mode) */
ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC1, ENABLE);
/* Enable ADC1 **************************************************************/
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
/* Start ADC1 Software Conversion */
ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
}
u16 bsp_GetAdValue(u8 chx)
{
return uhADCConvertedValue[chx];
}bsp_adc.h
/* 引脚定义
AD_CH1_Z PA0 ADC1 IN0
AD_CH1_Y PA1 ADC1 IN1
AD_CH1_X PA4 ADC1 IN4
AD_CH2_Z PA5 ADC1 IN5
AD_CH2_Y PA6 ADC1 IN6
AD_CH2_X PA7 ADC1 IN7
*/
#ifndef __BSP_ADC_H
#define __BSP_ADC_H
#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx.h"
void bsp_InitADC(void);
u16 bsp_GetAdValue(u8 chx);
#endif