STM32入门学习 第六天
提示：今天主要学习ADC及ADC的实验内容。
目录
第一讲 ADC数模转换的基本原理
1.STM32 ADC
2.寄存器和库函数配置（库函数的配置在下一讲）
第二讲 ADC数模转化实验
1.ADC库函数配置
2.手把手写ADC实验
第一讲 ADC数模转换的基本原理
- 1.STM32 ADC
-
2.寄存器和库函数配置（库函数的配置在下一讲）
1.STM32 ADC
ADC：Analog-to-Digital Converter的缩写。指模/数转换器或者模拟/数字转换器。是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。
典型的模拟数字转换器将模拟信号转换为表示一定比例电压值的数字信号。
STM32 拥有 1~3 个 ADC（STM32F101/102 系列只有 1 个 ADC），这些 ADC 可以独立使用， 也可以使用双重模式（提高采样率）。STM32 的 ADC 是 12 位逐次逼近型的模拟数字转换器。 它有 18 个通道，可测量 16 个外部和 2 个内部信号源。各通道的 A/D 转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC 的结果可以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器中。 模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。
STM32F103 系列最少都拥有 2 个 ADC，我们选择的 STM32F103ZET 包含有 3 个 ADC。 STM32 的 ADC 最大的转换速率为 1Mhz，也就是转换时间为 1us（在 ADCCLK=14M,采样周期 为 1.5 个 ADC 时钟下得到），不要让 ADC 的时钟超过 14M，否则将导致结果准确度下降。
STM32 将 ADC 的转换分为 2 个通道组：
规则通道组和注入通道组。规则通道相当于你正常运行的程序，而注入通道呢，就相当于中断。在你程序正常执行的时候，中断是可以打断你 的执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换， 在注入通道被转换完成之 后，规则通道才得以继续转换。
规则通道和它的转换顺序在ADC_SQRx寄存器中选择，规则组转换的总数应写入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]中
② 注入通道组：相当于中断。最多4个通道。
注入组和它的转换顺序在ADC_JSQR寄存器中选择。注入组里转化的总数应写入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]中
假如你在家里的院子内放了 5 个温度探头，室内放了 3 个 温度探头；你需要时刻监视室外温度即可，但偶尔你想看看室内的温度；因此你可以使用规则通道组循环扫描室外的 5 个探头并显示 AD 转换结果，当你想看室内温度时，通过一个按钮启动注入转换组(3 个室内探头)并暂时显示室内温度，当你放开这个按钮后，系统又会回到规则通道组继续检测室外温度。从系统设计上，测量并显示室内温度的过程中断了测量并显示室外温 度的过程，但程序设计上可以在初始化阶段分别设置好不同的转换组，系统运行中不必再变更 循环转换的配置，从而达到两个任务互不干扰和快速切换的结果。可以设想一下，如果没有规 则组和注入组的划分，当你按下按钮后，需要从新配置 AD 循环扫描的通道，然后在释放按钮 后需再次配置 AD 循环扫描的通道。
STM32 其 ADC 的规则通道组最多包含 16 个转换，而注入通道组最多包含 4 个通道。
STM32 的 ADC 可以进行很多种不同的转换模式，我们仅介绍如何使用规则通道的单次转换模式。 STM32 的 ADC 在单次转换模式下，只执行一次转换，该模式可以通过 ADC_CR2 寄存器 的 ADON 位（只适用于规则通道）启动，也可以通过外部触发启动（适用于规则通道和注入通 道），这是 CONT 位为 0。
2.寄存器和库函数配置（库函数的配置在下一讲）
以规则通道为例，一旦所选择的通道转换完成，转换结果将被存在 ADC_DR 寄存器中， EOC（转换结束）标志将被置位，如果设置了 EOCIE，则会产生中断。然后 ADC 将停止，直 到下次启动。 接下来，我们介绍一下我们执行规则通道的单次转换，需要用到的 ADC 寄存器。第一个 要介绍的是 ADC 控制寄存器（ADC_CR1 和 ADC_CR2）。ADC_CR1 的各位描述如图 22.1.1 所 示
ADC_CR1 的 SCAN 位，该位用于设置扫描模式，由软件设置和清除，如果设置为 1，则 使用扫描模式，如果为 0，则关闭扫描模式。在扫描模式下，由 ADC_SQRx 或 ADC_JSQRx 寄 存器选中的通道被转换。如果设置了 EOCIE 或 JEOCIE，只在最后一个通道转换完毕后才会产 生 EOC 或 JEOC 中断。
在扫描模式下，由ADC_SQRx或者ADC_JSQRx寄存器选中的通道被转换。如果设置了EOCIE或者JEOCIE，在最后一个通道转换完毕后才会产生EOC或者JEOC中断。
我们要使用的是独立模式，所以设置这几位为 0 就可以了。接着我们介绍 ADC_CR2， 该寄存器的各位描述如图 22.1.3 所示：
ADON 位用于开关 AD 转换器。而 CONT 位用于 设置是否进行连续转换，我们使用单次转换，所以 CONT 位必须为 0。CAL 和 RSTCAL 用于 AD 校准。ALIGN 用于设置数据对齐，我们使用右对齐，该位设置为 0。
EXTSEL[2：0]用于选择启动规则转换组转换的外部事件，
我们这里使用的是软件触发（SWSTART），所以设置这 3 个位为 111。ADC_CR2 的 SWSTART 位用于开始规则通道的转换，我们每次转换（单次转换模式下）都需要向该位写 1。 AWDEN 为用于使能温度传感器和 Vrefint。STM32 内部的温度传感器我们将在下一节介绍。
第二个要介绍的是 ADC 采样事件寄存器（ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2），这两个寄存器 用于设置通道 0~17 的采样时间，每个通道占用 3 个位。
ADC_SMPR1 的各位描述如图 所示：
ADC_SMPR2 的各位描述如下图所示
对于每个要转换的通道，采样时间建议尽量长一点，以获得较高的准确度，但是这样会降 低 ADC 的转换速率。ADC 的转换时间可以由以下公式计算： Tcovn=采样时间+12.5 个周期 其中：Tcovn 为总转换时间，采样时间是根据每个通道的 SMP 位的设置来决定的。例如， 当 ADCCLK=14Mhz 的时候，并设置 1.5 个周期的采样时间，则得到：Tcovn=1.5+12.5=14 个周 期=1us。
第三个要介绍的是 ADC 规则序列寄存器（ADC_SQR1~3）,L[3：0]用于存储规则序列的长度，我们这里只用了 1 个，所以设置这几个位的值为 0。其 他的 SQ13~16 则存储了规则序列中第 13~16 个通道的编号（0~17）。另外两个规则序列寄存器同 ADC_SQR1 大同小异，我们这里就不再介绍了，要说明一点的是：我们选择的是单次转换， 所以只有一个通道在规则序列里面，这个序列就是 SQ1，通过 ADC_SQR3 的最低 5 位（也就 是 SQ1）设置。
第四个要介绍的是 ADC 规则数据寄存器(ADC_DR)。规则序列中的 AD 转化结果都将被存 在这个寄存器里面，而注入通道的转换结果被保存在 ADC_JDRx 里面。该寄存器的数据可以通过 ADC_CR2 的 ALIGN 位设置左对齐还是 右对齐。
后一个要介绍的 ADC 寄存器为 ADC 状态寄存器（ADC_SR），该寄存器保存了 ADC 转 换时的各种状态。
我们要用到的是 EOC 位，我们通过判断该位来决定是否此次规则通道的 AD 转换已经 完成，如果完成我们就从 ADC_DR 中读取转换结果，否则等待转换完成。
第二讲 ADC数模转化实验
- 1.ADC库函数配置
- 2.手把手写ADC实验
1.ADC库函数配置
通过以上寄存器的介绍，我们了解了 STM32 的单次转换模式下的相关设置，下面我们介 绍使用库函数的函数来设定使用 ADC1 的通道 1 进行 AD 转换。这里需要说明一下，使用到的 库函数分布在 stm32f10x_adc.c 文件和 stm32f10x_adc.h 文件中。下面讲解其详细设置步骤：
1）开启 PA 口时钟和 ADC1 时钟，设置 PA1 为模拟输入。 STM32F103ZET6 的 ADC 通道 1 在 PA1 上，所以，我们先要使能 PORTA 的时钟和 ADC1 时钟，然后设置 PA1 为模拟输入。使能 GPIOA 和 ADC 时钟用 RCC_APB2PeriphClockCmd 函 数，设置 PA1 的输入方式，使用 GPIO_Init 函数即可。这里我们列出 STM32 的 ADC 通道与 GPIO 对应表：
2）复位 ADC1，同时设置 ADC1 分频因子。
开启 ADC1 时钟之后，我们要复位 ADC1，将 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值之后我们 就可以通过 RCC_CFGR 设置 ADC1 的分频因子。分频因子要确保 ADC1 的时钟（ADCCLK） 不要超过 14Mhz。 这个我们设置分频因子位 6，时钟为 72/6=12MHz,库函数的实现方法是:
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
ADC 时钟复位的方法是： ADC_DeInit(ADC1); 这个函数非常容易理解，就是复位指定的 ADC。
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。同时，我们还要设置 ADC1 规则序列的相关信息， 我们这里只有一个通道，并且是单次转换的，所以设置规则序列中通道数为 1。这些在库函数 中是通过函数 ADC_Init 实现的，下面我们看看其定义：
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)； 从函数定义可以看出，第一个参数是指定 ADC 号。这里我们来看看第二个参数，跟其他外设 初始化一样，同样是通过设置结构体成员变量的值来设定参数。
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;参数 ADC_Mode 故名是以是用来设置 ADC 的模式。前面讲解过，ADC 的模式非常多，包括独 立模式，注入同步模式等等，这里我们选择独立模式，所以参数为 ADC_Mode_Independent。 参数 ADC_ScanConvMode 用来设置是否开启扫描模式，因为是单次转换，这里我们选择不开 启值 DISABLE 即可。 参数 ADC_ContinuousConvMode 用来设置是否开启连续转换模式，因为是单次转换模式，所以 我们选择不开启连续转换模式，DISABLE 即可。 参数 ADC_ExternalTrigConv 是用来设置启动规则转换组转换的外部事件，这里我们选择软件触 发，选择值为 ADC_ExternalTrigConv_None 即可。 参数 DataAlign 用来设置 ADC 数据对齐方式是左对齐还是右对齐，这里我们选择右对齐方式 ADC_DataAlign_Right。
A.初始化： 通过上面
对每个参数的讲解，下面来看看我们的初始化范例：
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC 工作模式:独立模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //AD 单通道模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //AD 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 1
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根据指定的参数初始化外设 ADCx参数 ADC_NbrOfChannel 用来设置规则序列的长度，这里我们是单次转换，所以值为 1 即可。
B.使能 ADC 并校准：
在设置完了以上信息后，我们就使能 AD 转换器，执行复位校准和 AD 校准，注意这两步 是必须的！不校准将导致结果很不准确。
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 记住，每次进行校准之后要等待校准结束。
这里是通过获取校准状态来判断是否校准是否结束。 下面我们一一列出复位校准和 AD 校准的等待结束方法：
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束 while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校 AD 准结束
C.读取 ADC 值
在上面的校准完成之后，ADC 就算准备好了。接下来我们要做的就是设置规则序列 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。在转换结束后，读取 ADC 转 换结果值就是了。
这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是：
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)；
我们这里是规则序列中的第 1 个转换，同时采样周期为 239.5，所以设置为： 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
STM32F103ZET6该芯片有外部参考电压：Vref-和 Vref+，其中 Vref-必须和 VSSA 连接在一起，而 Vref+的输入 范围为：2.4~VDDA。战舰 STM23 开发板通过 P7 端口，设置 Vref-和 Vref+设置参考电压，默 认的我们是通过跳线帽将 Vref-接到 GND，Vref+接到 VDDA，参考电压就是 3.3V。
2.手把手写ADC实验
A
1.开启PA口时钟和ADC1时钟，设置PA1为模拟输入。
GPIO_Init();
APB2PeriphClockCmd();
2.复位ADC1，同时设置ADC1分频因子。
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
ADC_DeInit(ADC1);
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。
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)；
4.使能ADC并校准。
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
B
5.配置规则通道参数：
ADC_RegularChannelConfig();
6.开启软件转换：ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);
C
7.等待转换完成，读取ADC值。
ADC_GetConversionValue(ADC1);ADC 相关的库函数是在 stm32f10x_adc.c 文件和 stm32f10x_adc.h 文件中
//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;tint main(void)
{
u16 adcx;
float temp;
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置 NVIC 中断分组 2
uart_init(115200); //串口初始化波特率为 115200
LED_Init(); //LED 端口初始化
LCD_Init(); //LCD 初始化
Adc_Init(); //ADC 初始化
POINT_COLOR=RED; //设置字体为红色
LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"WarShip STM32");
LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"ADC TEST");
LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2015/1/14");
//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);
}
}