stm32-ADC模数转换器

一、知识点

1.DAC与PWM

DAC 为数字/模拟转换模块，故名思议，它的作用就是把输入的数字编码，转换成对应的模拟电压输出，它的功能与ADC 相反。在常见的数字信号系统中，大部分传感器信号被化成电压信号，而ADC 把电压模拟信号转换成易于计算机存储、处理的数字编码，由计算机处理完成后，再由DAC 输出电压模拟信号，该电压模拟信号常常用来驱动某些执行器件，使人类易于感知。如音频信号的采集及还原就是这样一个过程。
PWM是 Pulse Width Modulation 的缩写，中文意思就是脉冲宽度调制，简称脉宽调制。
它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控 制的一种非常有效的技术，其控制简单、灵活和动态响应好等优点而成 为电力电子技术最广泛应用的控制方式，其应用领域包括测量，通信， 功率控制与变换，电动机控制、伺服控制、调光、开关电源，甚至某些 音频放大器，

PWM只有完全导通和完全断开两种状态，在这两种状态都没有功率损耗，故直流电机调速这种大功率的应用场景，使用PWM来等效模拟量，是比DAC更好的选择，PWM电路更简单，更常用

2.12位逐次逼近型ADC

• 12位是分辨率，对于的量化范围就是0到4095，量化位数越大，对应的分辨率就越高。
• 0到4095对应0到3.3V进行转化
  例子如下
  

3.ADC通道资源

• ADC有18个输入通道，可测量16个外部（16个GPIO口）和2个内部信号源（内部温度传感器和内部参考电压）（芯片中ADC最多有18个，不是所有的芯片都有18个）

• 温度传感器可测量CPU的温度，例如在电脑上显示CPU温度，可以读取温度传感器来测量

• 内部参考电压是一个1.2伏左右的基准电压，是不随外部供电电压变化而变化的，所以当芯片的供电不是标准的3.3伏，会导致测量外部引脚的电压可能就出错，此时就可以读取这个基准电压进行校准，这样就能得到正确的电压值了

• C8T6有ADC1、ADC2和10个外部输入通道

4.输入通道

5.规划组的4种转化模式（相当于点菜）

单次转换非扫描模式、连续转换非扫描模式、单次转换扫描模式、连续转换扫描模式

a.单次转换非扫描模式

一道一道点，一道一道上

非扫描的模式下，只有第一个序列1的位置有效
在序列1的位置，我们可以指定想转换的通道，比如通道2，写到序列1的位置

然后触发转换，ADC就会对这个通道2进行模数转换，转换完成后，转换结果放在数据计算器里，同时给EOC标志位置1，转换结束,通过判断这个EOC标志位是否转换完成，若完成，就可以在数据寄存器里读结果

若想再启动一次转换，需要再触发一次，转换结束至EOC标志位读结果
若想换一个通道转换，在转换之前，把第一个位置的通道2改成其他通道，然后再启动转换这样就行了

b.连续转换非扫描模式

一道一道点，一道一道上（中间近似不间断）

连续模式：在完成一次转换后不会停止，而是开始下一轮转换（只需要触发一次，就可以一直转换），读取之后直接放到寄存器中（不会触发中断等）

非扫描模式：菜单列表就只使用第一个

为了防止数据被覆盖，用DMA及时将数据挪走，7个通道转换完成之后产生EOC信号，转换结束

c.单次转换扫描模式

一次性点，一次性上

单次转换：每触发一次，转换结束后就会停下来，下次转换需要再触发
扫描模式：会用到这个菜单列表了，通道几(相当于菜)可以任意指定，且可以重复，初始化结构体有个参数表示通道数目（比如7个），说明只需要用多少序列

d.连续转换扫描模式

一次性点，一次性上，再一次性点，一次性上（中间近似不间断）

6.触发控制（一般软件触发）

7.数据对齐

• 一般都是右对齐
• 左对齐应用：不想要这么高的分辨率，你觉得0-4095数太大了，左对齐后取高八位即可，就从12位的ADC退化为8位了

8.转换时间

AD转换的步骤：采样，保持，量化，编码

• 采样保持电路：量化编码之前,设置一个采量开关,先打开采样开关,收集外部的电压(比如可以用一个小容量的电容,存储一下这个电压,存储好了之后断开采样开关，再进行后面的AD转换,这样再量化编码的期间电压始终保持不变。
• 采样保持的过程的需要闭合采样开关过一段时间再断开，就会产生一个采样时间
• 总转换时间为：TCONV = 采样时间 + 12.5个ADC周期（多了0.5个周期，可能是做其他事情需要花的时间）
• 采样时间越大，越能避免一些毛刺信号的干扰，不过转换时间也会相应延长
• ADC周期就是从RCC分频过来的ADCCLK,这个ADCCLK最大是14兆赫值例如：
  当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5个ADC周期 TCONV = 1.5 + 12.5 = 14个ADC周期 = 1μs(故最快是1us)

9.硬件电路

a.电位器
b.分压法
c.简单的电压转换电路

二、实例

1.基本思路

一、开启时钟（包括ADC内部时钟）
二、配置GPIO
三、ADC通道选择
四、ADC通道配置
五、ADC_Cmd总开关
六、ADC校准（更稳定）

2.代码

a.单通道

ad.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void AD_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	//配置ADCCLK分频器,对APB2的72MHz时钟选择2、4、6、8分频，输入到ADCCLK
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	//ADC规则组通道配置，给序列的每个位置填写指定的通道，就是填写点菜菜单的过程
	//第一个参数是ADCx，第二个是ADC指定的通道（通道0-17）
	//第三个是写在序列几的位置，然后第四个指定通道的采样时间
	//通道可以重复，序列不要重复，需要的话可以多写几个，这是填充菜单的方法
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE;//单次
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;//右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;  不使用外部触发转换，即软件触发
	ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent; 工作模式，独立模式：ADC1和ADC2各转各的
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=1;//总共需要扫描多少个通道
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=DISABLE; //非扫描
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);
	
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
	
	ADC_ResetCalibration(ADC1);  //复位
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)==SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);   //开始校准
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)==SET);

}

	
uint16_t AD_GetValue(void)
{
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);  //中断软件触发，开始转换
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==RESET);
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);  //返回量化值
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"

uint16_t ADValue;
float Voltage;   

int main(void)
{
	OLED_Init();
	AD_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"ADValue:");
	OLED_ShowString(2,1,"Voltage:0.00V");
	
	
	while(1)
	{
		ADValue=AD_GetValue();
		Voltage = (float)ADValue / 4095 * 3.3;   //转化为浮点数，乘除之后才有小数
		OLED_ShowNum(1,9,ADValue,4);
		OLED_ShowNum(2,9,Voltage,1);
		OLED_ShowNum(2,11,(uint16_t)(Voltage*100)%100,2);   //浮点数不能进行取余操作
		
		Delay_ms(100);
	}
}

b.多通道

电位器：同第一个实验
光敏电阻：遮挡，光纤减小，AD值增大；移开，光线增大，AD值减小
热敏电阻：用手热一下，温度升高，AD减小，反之则反
反射红外传感器：手靠近，由反光，AD值减小，移开，没有反光，AD值增大

AD.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void AD_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3;
 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE;
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;
	ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=1;
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=DISABLE;
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);
	
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
	
	ADC_ResetCalibration(ADC1);
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)==SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)==SET);

}

	
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel,1, ADC_SampleTime_55Cycles5);  //手动更改一下列表第一个位置的通道
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==RESET);
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"

uint16_t AD0,AD1,AD2,AD3;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	AD_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"AD0:");
	OLED_ShowString(2,1,"AD1:");
	OLED_ShowString(3,1,"AD2:");
	OLED_ShowString(4,1,"AD3:");
	
	while(1)
	{
		AD0=AD_GetValue(ADC_Channel_0);
		AD1=AD_GetValue(ADC_Channel_1);
		AD2=AD_GetValue(ADC_Channel_2);
		AD3=AD_GetValue(ADC_Channel_3);
		
		OLED_ShowNum(1,5,AD0,4);
		OLED_ShowNum(2,5,AD1,4);
		OLED_ShowNum(3,5,AD2,4);
		OLED_ShowNum(4,5,AD3,4);
		
		Delay_ms(100);
	}
}