基于ll库，使用stm32L0系列的内部基准电压来进行ad测量

前言

ADC转换器需要一个供电电压Vdda以及需要接入一个稳定的参考电压（Vref）， 该电压作为adc转换器的上限量程， 必须稳定才能保证测得到的数字量是比较准确的。

• 在L0系列的14引脚的mcu中， Vdda的引脚会与Vdd连接到一起。
• 在64引脚以下的mcu中， Vdda与Vref将会链接到一起。
• 在64引脚及以上的mcu中， Vdda以及Vref才会独立分开。

在stm32中L0系列的芯片，内置了稳压调节器（ ADC voltage regulator），在使能ADCAL校准以及ADC模块的时候， 该稳压器就会使能，其实，该调节器稳压源就是使用了内部基准电压（Vrefint）的缓存副本，adc通道17可配置用来读取芯片内部的基准电压测量值， 在芯片引脚资源紧缺的情况下， 该基准电压可以用来计算Vref引脚的电压（在引脚紧缺的时候，也就是Vdda的供电电压）， 从而以该实时变动的基准电压，来计算出ad转换器的通道上的电压测量值。（在70摄氏度的情况下，读取的电压值以及温度值误差控制在10mv以及2摄氏度左右， 符合一般情况下的应用。）
ADCAL是adc模块自带的校准功能， 该功能必须在ad开始转换之前就启动并进行一系列的校准工作。

如何使用内部基准电压进行模拟量测量

• 使用内部基准电压计算Vdda的供电电压， Vdda的电压是不稳定且会发生变化的，那么芯片内部嵌入的基准电压以及他在出厂时通过Vdda为3V的供电得到的校准值， 便可以用来计算此时Vdda（Vref）的真实电压值。计算公式如下：
  VDDA = 3 V x VREFINT_CAL / VREFINT_DATA
  在这里：

  • VREFINT_CAL是 VREFINT 的校准值,存储在固定的地址上， 具体参考数据手册。
  • VREFINT_DATA 是 VREFINT 通过模数转化测得的数值。

• 通过以上公式计算出Vdda之后（因为此时我们将Vdda与Vref引脚链接到了一起）， 我们就可以以该电压作为基准电压计算某通道的测量值， 完整的计算公式如下：
  VCHANNELx = 3V * VREFINT_CAL * ADC_DATAx / (VREFINT_DATA * Full_Scale)

  • ADC_DATAx 是 ADC在channel x (right-aligned)上的测量值。
  • VREFINT_DATA 是 VREFINT通过adc转换之后的实际测量值。
  • Full_SCALE是adc输出的最大数字量程上限， 比如，在12位的分辨率下， 它就等于2^12 - 1 = 4095。

• 利用多通道进行测量的时候， 使用DMA进行数据读取传送， 否则在多通道的读取的时候，会出现数据遗漏的情况。

利用过采样来提高采样的分辨率

• 过采样 就是采样速率至少高于一个奈奎斯特频率，一般是两倍以上， 这样能保证信号不失真。
• 具体实现过程参考如下图， 也可参考博客文章： https://mp.weixin.qq.com/s/-EFyDcVq3jcP12Qt2g8Pzw
  
• 数字滤波器一般分为IIR和FIR滤波器。我们常用的平均滤波器属于一种FIR滤波器。
• 如果采样值符合正太分布， 那么采样之后求平均，便可以使得到值更加逼近中间的真实值。
• 过采样虽然能提高分辨率， 但更加适合在变化缓慢的应用场合，如温度采样等， 因为过采样会降低响应效率，过采样不适合应用在瞬态响应的场合。 一般来说，为了增加1位的分辨率，要从相同的“邻域”添加了四个高频采样的样本。比如说， 一个16位的输出样本需要256个12位样本， 需要通过过采样，连续采集256个样本数据， 先提高总样本数据量，然后将总数除以16（或将总数右移4位）， 得到一个16位数据样本， 该过程通常称为抽取，也即将速率采样。
• 如何通俗地理解以上过程， 每个样本的数据上限为 2^12， 累加256次， 就是乘以256， 即2^8, 则16位的样本数据值为： 2^12 * 2^8 >> 4， 注意得到16位的数字值之后，要以当前的基准电压和16位的数字长度来测量换算真实的电压值， 通过这样来提高测得的分辨率。要明白的是，其实多出来的分辨率数据, 是通过统计输入量的分布计算出来的, 而不是硬件真正分辨率出来的数据。
• 像目前很多传感器都会内置过采样以及IIR滤波模块来应对高分辨率的使用场合， 比如BMP280气压传感器。
  
• 在手册中也提供的iir滤波的计算公式， 其实这算是一种低通滤波， 能够有效地滤除例如门窗关闭带来的气压扰动。
• 像stm32 的l071低功耗芯片， 通过过采样的功能， 可以采集到逼近24位的分辨率的数据。