STM32F103+CubeMX+ADC采集直流

STM32F103+CubeMX+ADC采集直流

前言

本文主要讲解如何使用单片机的内部ADC去采集直流量。需要对ADC和cubemx有一定的使用经历。

所需工具：

• 开发板:STM32F103C8T6
• STM32CubeMX
• IDE: Keil-MDK

ADC简介

ADC(Analog-to-Digital Converter)，即模拟-数字转换器，可以将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，进而使用数字电路进行处理，称之为数字信号处理。

STM32F103C8T6拥有2个内部ADC，分辨位数12位。单个ADC采样率最高可以达到1M，双ADC交错模式下可以达到2M。每个ADC共用多达16路通道。在电赛中，一般一个ADC开一个通道，两个通道的采样可以应对大部分的问题。一般开发板的内部ADC可以测量0-3.3V。

工程建立

时钟配置

配置ADC

使能ADC

可以从图中看出，ADC的通道0引脚是PA0。

下面的配置默认即可。目前不涉及他们的使用。每个选项的具体含义如下，后面用到后，会过来方便查找。

• ADCs_Common_Settings：
  • Independent mod 独立 ADC 模式，当使用一个 ADC 时是独立模式，使用两个 ADC 时是双模式。
• ADC_Settings
  • Data Alignment：
    Right alignment 转换结果数据右对齐，一般我们选择右对齐模式。
    Left alignment 转换结果数据左对齐。
  • Scan Conversion Mode：
    Disabled 禁止扫描模式。如果是单通道 AD 转换使用 DISABLE。
    Enabled 开启扫描模式。如果是多通道 AD 转换使用 ENABLE。
  • Continuous Conversion Mode：
    Disabled 单次转换。转换一次后停止需要手动控制才重新启动转换。
    Enabled 自动连续转换。
  • DiscontinuousConvMode：
    Disabled 禁止间断模式。这个在需要考虑功耗问题的产品中很有必要，也就是在某个事件触发下，开启转换。
    Enabled 开启间断模式。
• ADC_Regular_ConversionMode：
  • Enable Regular Conversions 是否使能规则转换。
  • Number Of Conversion ADC转换通道数目，有几个写几个就行。
  • External Trigger Conversion Source 外部触发选择。这个有多个选择，支持定时器和软件触发。
• Rank
  • Channel ADC转换通道
  • Sampling Time 采样周期选择，采样周期越短，ADC 转换数据输出周期就越短但数据精度也越低，采样周期越长，ADC 转换数据输出周期就越长同时数据精度越高。
• ADC_Injected_ConversionMode：
  • Enable Injected Conversions 是否使能注入转换。注入通道只有在规则通道存在时才会出现。目前用不到。
• WatchDog：
• Enable Analog WatchDog Mode 是否使能模拟看门狗中断。当被 ADC 转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时，就会产生中断。

时钟树报错

没有碰到可以忽略

点开时钟树可以看到是ADC的时钟配置不对，产生这个的原因是我们最一开始配置时钟时，ADC的时钟没有开启。当开启ADC后，时钟分频过后ADC的时钟超过14M（这个14M上限可以在STM32中文参考手册里查到）。

我们这里只需要更改分频系数即可，把4改成6或者8就可以。

时钟树报错

改正后的时钟树

配置串口

代码生成

命名工程，指明位置

代码编写

首先配置串口重定向

#include 

int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

在mian.c里面包含stdio.h头文件，mian.c里面就可以printf了。

#include 

先定义一个无符号16位变量

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t ADC_Value; //定义一个变量，存放ADC返回的值
/* USER CODE END PV */

接着书写单次采集程序

  HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);   //ADC校准
  HAL_ADC_Start(&hadc1);                 //启动ADC转换
  HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 50); //等待ADC1转换完毕，这里最多等待50ms
  ADC_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);  //获取ADC的值，结果存放在ADC_Value里面
  printf("ADC value is %d\n", ADC_Value);
  printf("ADC actural value is %.2f\n", ADC_Value * 3.3 / 4095);

硬件连接

示例工程里，我加入了UART的初始化以及对应的串口重定向和DEBUG功能。

引脚	连接对象	释义
PA9	CH340的RX	单片机的TX连接CH340的RX
PA10	CH340的TX	单片机的RX连接CH340的TX
PA0	3.3V	直接让ADC去测量板子上的3.3V

运行结果

烧录代码后如果没有设置下载后自动复位，记得给单片机硬件复位

ADC返回给单片机的数值是4095，我们转换到实际的电压值，对应着$$\frac{4095}{4095}\ast 3.3=3.3V$$

练习

1. 我们知道ADC精度有限，实际采集到的直流值会有波动，尝试使用取均值来提高测量精度，。对比10个数取平均，和1000个数取平均，测到的直流值之间的差别。

   加深对均值滤波和精度的概念

2. 如果你会定时器中断，尝试配合定时器中断实现一个100hz采样率的采样，也就是定义一个100hz的定时器中断，在每一次中断里面采集一次数据，这样去测量1hz的正弦信号，当测满100个点后，把数据打印出来，查看波形。

   对采样率有一定的理解

3. 在练习2的基础上，将采样率从100hz提高到1k，在提高到10k，观察效果。如果发现采样率比实际的低，思考为什么。答案会在后续采集交流的文章中揭晓。

   对中断方式控制的采样率上限有一定的感受。对处理的速度有一定的概念，做了这个练习，相信你在学习采集交流部分的DMA操作，会有比别人更加深刻的感悟，领略硬件的速度与软件的灵活。

后记

本文章收录于：

唐承乾的电赛小站

本文为系列文章中的冰山一角，欢迎进入小站查看。

配套程序：

STM32cubemx配置ADC采集直流