STM32之ADC_2(DMA实例)
实例分析：(采用DMA模式)
mian函数：
extern __IO u16 ADC_ConvertedValue;//ADC转换的电压值,是在ADC1_Init()所属的文本中定义的
float ADC_ConvertedValueLocal;//用来保存转换计算后的电压值
int main(void)
{
USART1_Config(); //串口配置
ADC1_Init(); //使能ADC1以及配置ADC1为DMA模式
while (1)
{
ADC_ConvertedValueLocal =(float) ADC_ConvertedValue/4096*3.3; // 读取转换的 AD 值
printf("\r\n The current AD value = 0x%04X \r\n", ADC_ConvertedValue); // ADC_ConvertedValue为全局变量，SRAM读取出来的ADC1转换的值
printf("\r\n The current AD value = %f V \r\n",ADC_ConvertedValueLocal);//局部变量，用来保存转换计算后的电压值
Delay(0xffffee); // 延时
}
}
main函数的功能就是向串口发送当前ADC1转换的电压值。(串口配置在前面的博客有说,这里就不分析了)
PS:
ADC_ConvertedValue的值通过DMA获取的，但是在使用DMA时，由于不是内核执行的指令，所以修改变量值时不会出现赋值语句的。
ADC的初始化函数:
void ADC1_Init()
{
ADC1_GPIO_Config();
ADC1_Mode_Config();
}
ADC1_Init()调用了ADC1_GPIO_Config()和ADC1_Mode_Config().这两个函数的作用分别是配置好ADC1所用的I/O端口,配置ADC1初始化及DMA模式。
GPIO配置:
static ADC1_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); //使能DMA1的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE); //使能GPIOC并且使能复用功能ADC1
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN; //模拟输入
GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure); //属于PC1,输入是不需要设置频率的
}
GPIO的配置很简单,首先是使能了DMA1,GPIOC,ADC1的时钟,然后把ADC1的通道11使用的GPIO引脚PC1配置成模拟输入模式.(在使用ADC的输入时,必须使用模拟输入,详细的可以查看之前的博客,GPIO工作方式)
PS: ADC1通道11
每个ADC通道都对应着一个GPIO引脚端口,GPIO的引脚在设置为模拟输入模式后可用于模拟电压的输入端,STM32F103VET6是有三个ADC的,这三个ADC共用了16个外部通道。
(ADC通道引脚表，表中写的ADC12_INx x：表示4~9或者14~15,ADC12:表示可以使用ADC1_IN或者ADC2_IN.这里用到PC1在表中对应的是ADC123_IN11,所以可以使用ADC1的通道11,ADC2的通道11或者ADC3的通道11来采集PC1上模拟电压数据)
DMA以及ADC的配置
static ADC1_Mode_Config(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
/这里是DMA的配置/
DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;//ADC1的地址
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADC_ConvertedValue;//内存地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;//外设为数据源
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外设地址固定
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable;//内存地址固定
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; //外设传输数据单位半字
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; //内存传输数据单位半字
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //循环传输
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //关闭内存到内存的传输
DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure); //填充DMA,配置为DMA1的通道11
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); //使能通道11
/*这里是ADC的配置*/
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立的ADC模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE ;//关闭扫描模式(扫描一般用于多通道采集)
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//开启连续转换模式(就是不停的进行ADC转换)
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //不使用外部触发转换
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//采集的数据右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //要转换的通道数量是1个
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//填充ADC1
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); //设置ADC时钟的分频,为PCLK2的8分频,就是9HZ 72/8 = 9
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_11, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);//配置ADC1的通道11为55.5个采样周期
/*这里是ADC的复位校准操作*/
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);//使能ADC1的DMA
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能ADC1
ADC_ResetCalibration(ADC1);//复位ADC1校准寄存器
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校准寄存器复位成功
ADC_StartCalibration(ADC1);//ADC1校准
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//等待ADC1校准成功
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//使用软件触发ADC转换,因为没有采用外部触发
}
ADC的DMA配置:(详细的可以查看之前的博客STM32之DMA的配置代码分析)
使用DMA1的通道1,数据从ADC外设的数据寄存器(ADC1_DR_Address)转移到内存(ADC_ConvertedValue 变量)，内存、外设地址都固定，每次传输的数据大小为半字(16位)，使用 DMA 循环传输模式。
(其中ADC1外设的DMA请求通道为DMA1的通道1，初始化时要注意.)
DMA传输的外设地址ADC1_DR_Address是一个自定义宏#define ADC1_DR_Address ((u32)0x40012400+0x4c),ADC_DR数据寄存器保存了ADC转换后的数值,以它作为DMA的传输源地址,它的地址是ADC1外设的基地址(0X4001 2400)加上ADC数据寄存器(ADC_DR)的地址偏移(0x4c)计算得到的.
(ADC起始地址说明表以及ADC_DR寄存器描述可以在STM32参考手册找到)
起始地址表大概如下:
起始地址 外设
0x4001 2800~0x4001 2BFF ADC2
0x4001 2400~0x4001 27FF ADC1
ADC_DR寄存器描述及其地址偏移
ADC配置:
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
STM32具有多个ADC,而不同的ADC又有共用通道,当两个ADC采集一个通道的先后顺序,时间间隔不同,就会出现了各种各样的模式,例如:同步注入模式,同步规则模式等10种.(这里因为用于测量电阻分压后的电压值,所以要求不高,只使用一个ADC就可以满足要求了,因此ADC_Mode被赋值成ADC_Mode_Independent.(独立模式))
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
如果有多个通道需要采集信号,可以把ADC配置成按一定的顺序来对各个通道进行扫描转换(就是轮流采集各个通道的值).如果是多个通道采集,就必须开启这个模式.(因为这里只用了1个通道,所以禁止使用扫描模式)
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
连续转换模式,ADC转换模式有两个,一个是连续转换一个是单次转换.
单次转换:ADC只采集一次数据就停止.
连续转换:上一次ADC转换完成后,立即开启下一次转换.
这里需要不断采集电压值,所以使能连续转换模式.
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC是需要接收到触发信号才开始进行模数转换,这些触发信号可以是外部中断触发(EXTI线),定时器触发.这两个都是外部触发信号,如果不使用外部触发信号可以使用软件控制触发(这里只用了软件控制触发,所以禁止外部触发)
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
数据的对齐方式.ADC在转换后的数值是被保存到数据寄存器(ADC_DR)的0~15位或者16~32位,数据的宽度为16位,而ADC转换精度为12位.所以把12位的数据保存到16位的区域,就涉及到数据对齐.(这里的左右对齐其实和word文档中的文本左,右对齐是一个意思).
左对齐:ADC转换的数值最高位D12与存储区域的最高位Bit 15对齐,也就是说存储区域的低4位无意义.
右对齐:ADC转换的数值最低位D0与存储区域的最低位Bit 0对齐,也就是说存储区域的高4位无意义.
(这里右对齐比较方便,所以这里用了右对齐)
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
保存了进行ADC数据转换的通道数量,可以是1~16(一共16个通道),这里只采集了PC1这个通道,所以赋值为1.
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
填充完结构体后,就调用了外设初始化函数ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);进行初始化了.在使能DMA和ADC1时,还需要设置ADC的时钟(ADCCLK),ADC的频率越高,转换的速率也就越快,但是ADC时钟有上限值,不能超过14MHz.
ADC的时钟(ADCCLK)为ADC预分频器的输出,而ADC预分频器的输入则为高速外设时钟(PCLK2).使用RCC_ADCCLKConfig()库函数实质就是设置ADC的预分频值,可以设置为PCLK2的2,4,6,8分频.
PS:
PCLK2的常用时钟频率为72MHz,而ADCCLK的频率必须低14MHz,所以ADCCLK最高频率为PCLK2的8分频(ADDCLK=9MHz),如果希望使ADC以最高频率14MHz运行,可以把PCLK2配置为56MHz,然后用4分频得到ADCCLK(14MHz).
ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_11,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
设置ADC采样周期,ADC的转换时间不仅与ADC的时钟有关,还与采样周期有关.(每个不用的ADC通道,都可以配置为不同的采样周期)
这个库函数的原形是:
voidADC_RegularChannelConfig(ADCTypeDef*ADCx,uint8_t ADC_Channel,uint8_t Rank,uint8_t ADC_SampleTime)
ADCx:选用的那个ADC 如ADC1,ADC2,ADC2
ADC_Channel:选择要配置的ADC通道(其中16,17是内部通道 16是连接至芯片的温度传感器,17是连接至内部电源模块)
Rank:配置为多通道扫描时,此通道的采样顺序,例如通道1,4,7的Rank值分别配置成3,2,1.那么ADC扫描时,扫描的顺序就是通道7->通道4->通道1
ADC_SampleTime:配置本通道的采样周期,最短可配置为1.5个采样周期(这里的周期是ADCCLK的时钟周期)
这里面是把ADC1通道11配置为55.5个采样周期,因为前面ADCCLK在前面已经配置为9MHz,根据STM32的ADC采样时间计算公式:
TCONV = (采样周期+12.5个周期)/ADCCLK
所以这里的TCONV = (55.5+12.5)/9 大约等于7.56us.
ADC的自校准:
在开始ADC转换之前,需要启动ADC的自校准.ADC有一个内置自校准模式(校准可以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).这个码是用于消除在随后的转换中每个电容器上产生的误差.
代码:
ADC_ResetCalibration(ADC1);//复位ADC1校准寄存器
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校准寄存器复位成功
ADC_StartCalibration(ADC1);//ADC1校准
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//等待ADC1校准成功
调用了复位校准函数ADC_ResetCalibration()以及开始校准函数ADC_StartCalibration(),必须检查标志位等待校准完成,确保完成后才开始ADC转换.(建议是每次上电后都校准一次咯)
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
配置ADC1的模式为软件触发方式.
调用这个函数之后,ADC就开始进行转换了,每次转换完成后,由DMA控制器把转换从ADC数据寄存器(ADC_DR)中转移到变量ADC_ConvertedValue中,当DMA传输完成后,在main函数中使用 ADC_ConvertedValue的内容就是ADC的转换值了.
计算电压值:
在main函数中,ADC_ConvertedValueLoca是一个float类型变量,它保存了有转换值计算出来的电压值,计算的公式是ADC通用的
实际电压 = ADC转换值*LSB
LSB为Vref+接的参考电压/ADC的精度( LSB =3.3/2的12次方)
PS:
这里面ADC_ConvertedValue是用volatile修饰的,用 volatile 声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改，比如:操作系统、硬件或者其它线程等。因为 ADC_ConvertedValue 这个变量值随时都是会被 DMA 控制器改变的，所以用 volatile 来修饰它，确保每次读取到的都是实时的 ADC 转换值.