【STM32】ADC(模拟/数字转换)

一、ADC的简介

1.什么是ADC

1）将【电信号】-->【电压】-->【数字量】

2）ADC可以将引脚上连续变化的模拟电压转换为内存中存储的数字量，建立模拟电路到数字电路的桥梁。

3）12位逐次逼近型ADC，1us转换时间（表示从产生电压到转换得出结果所使用的时间）

2.常见的ADC

3.并联比较型工作示意图

1）比较器：当两个数值相同时才会生成信号传输给编码器

2）D0,D1,D2（从低位--》高位）---》二进制数（分辨率）---》2^3

4.逐次逼近型工作示意图

如果是n位的锁存缓冲器（数码控制器），就需要进行n次的判断

5.ADC特性参数

1.分辨率：刻度划分

表示ADC能分辨的最小模拟量，用二进制位数进行表示，比如；8，10，12

比如此时电压为3.3V，我们使用12位进行表示   2^12=4096   3.3%4096=0.0008V,表示当数字量为1的时候，输出电压为0.0008V。

输入电压范围：0-3.3V，转换结果范围：0-4095（2^12）

2.转换时间

表示完成一次A/D转换所需要的时间，转换时间越短，采用频率就越高

假设1s的时间中转换时间为200ms，则表示可以转换5次

3.精度：物理量的精确程度

4.量化误差

6.STM32各系列ADC主要特性

7.ADC基本结构

二、ADC工作原理

1.ADC框图简介

1.参考电压/模拟部分电压

1） 输入电压的范围在参考电压的两个范围之间。

2）Vref+和Vref-分别接着Vdda（3.3V）和Vssa（0V）

2.输入通道

输入的GPIO必须具有模拟输入功能的IO口才可以。

GPIO通道：快速通道VS慢速通道

内部ADC源直接绑定，外部ADC绑定GPIO

18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源（温度传感器 && 内部的参考电压）

 ADC1和ADC2两个的通道都使用同一个引脚。---->双ADC

3.转换序列（转换顺序）

1）转换被组织分为2组：规则组&&注入组【注入组可以打断规则组的转换】

2）规则组最多可以有16个转换（通道），注入组最多有4个转换（通道）

 规则组和注入组执行优先级对比

注入组（类似于中断）的优先级比规则组的优先级高

规则序列:（regular channel）

1）规则组有16个通道

2）这里的意思理解为，有16个规则通道，即为16个规则的不同编号的盘子，每个盘子可以放18个通道即为GPIO其中的一个口

3）必须按顺序来执行（如果想要执行通道3，则通道1和通道2都要执行）

4）我们有3个ADC，表示可以设置3个最高的优先级【可以同步进行】

5）一个菜单，可以点16个菜，也可以只写一个菜。【同时上16个菜，但是只能一个一个上（因为只有一个寄存器），否则前面会被覆盖--->所以我们使用DMA】

注入序列:（injected channel)

1）注入组有4个通道

2）注入组的寄存器写入位是反向写入的

3）一次性最多可以点4个菜，且可以同时上4个菜，不会被覆盖【因为有4个寄存器】

4.触发源

1）触发转换分为：a.ADON位触发转换  b.外部事件触发转换（规则组和注入组）

规则组外部触发

注入组外部触发

5.转换时间

如何设置ADC时钟？

1）ADCCLK的最大时钟频率是：14MHZ

如何设置ADC转换时间

1）ADC中的最短转换时间为：1us【在ADC时钟频率为：14MHZ，采样时间为1.5个ADC时钟周期，12.5个周期（固定值-->12位寄存器）的情况下】

2）采样时间（可以进行编程的）越大，就可以尽量避免毛刺信号的干扰，精确度越高

6.数据寄存器

数据对齐

7.中断

DMA请求（只适用于规则组）

规则组每一个通道转换结束后，除了可以产生中断外，还可以产生DMA请求，我们利用DMA及时把转换好的数据传输到指定的内存中，防止数据被覆盖。

2.单次转换模式VS连续转换模式

单次转换模式：如果我们不需要实时检测，则使用单次

连续转换模式：如果需要实时检测，则使用连续

3.转换/扫描模式

关闭扫描模式：只能扫描第一个通道

使用扫描模式：表示扫描全部通道

连续是一个通道多次采集，扫描是每个通道依次采集

不同模式组合的作用

扫描：切换通道(遍历)，连续：多次

单词转换，非扫描模式 

 单词转换，扫描模式

连续转换，非扫描模式 

连续转换模式 

4.ADC校准

如果需要使用到精确计算，则需要校准

影响ADC转换的因素：

1）温飘（温度影响）

2）基准电压值

5.ADC与低功耗

外部引脚输入也会耗电--->采样时间

采样间隔周期

要采样则唤醒，不需要就进入睡眠。

 三、单通道ADC采集实验

1.实验简要

2.寄存器描述

1.ADC控制寄存器 1(ADC_CR1)

2.ADC控制寄存器 2(ADC_CR2)

3.ADC采样时间寄存器 1(ADC_SMPR1)

通道10-通道17的设置

4.ADC采样时间寄存器 2(ADC_SMPR2)

通道0-通道9的设置

5.ADC规则序列寄存器 1(ADC_SQR1)

设置第13-第16个转换

6.ADC规则序列寄存器 2(ADC_SQR2)

设置通道12-通道7

7.ADC规则序列寄存器 3(ADC_SQR3)

设置通道6-通道0

8.ADC规则数据寄存器(ADC_DR)

9.ADC状态寄存器(ADC_SR)

3.单通道ADC采集实验配置步骤

相关HAL库介绍

关键结构体介绍

ADC句柄

ADC通道设置

四、使用CubeMX创建ADC和DMA

将外部0-3.3V的模拟信号接入到单片机底座脚P11（PA1）口

1.CubeMX使用

因为ADC1和ADC2所使用的通道对应的GPIO引脚是一致的，所以使用ADC1或者ADC2都可以。

0.其他相关设置

1）选择外部晶振

2）启动DMA

1.通道选择

2.中断选择

此时我们的实验是将从ADC获取到的模拟信号通过转换为电压传输给DAM，然后DMA在通知CPU。

1）ADC不需要中断：因为当ADC采样到的结果直接丢给DMA，而不需要停下来告诉DMA，因为他们两个之间有专门的传输通道

2）DMA需要中断：因为当接收到ADC传输过来的数据后，DMA需要告诉CPU，我接收到ADC的数据了。

3.ADC中的DMA Setting

4.ADC中的Parameter Settings

5.总结

本实验使用了APB2（ADC1的时钟频率为14MhZ）

使用了ADC1的通道1，测试外部0-3.3V的模拟信号

2.代码编写

五、STM32随机数生成器

1.什么是随机数

1.真正的随机数

2.伪随机数

2.随机数的生成

1.用纯软件算法

伪随机数生成算法 - shine-lee - 博客园 (cnblogs.com)

2.采集随机事件为元素生成

3.用Soc内置伪随机数发生模块生成：使用硬件方法【HAL_RNG】