STM32——ADC模数转换器

一、AD

ADC模数转换器，将模拟信号转换为数字信号，STM32是数字电路，只有高低电平，ADC转换器可以通过读取引脚连续变化的模拟信号，转化为内存种存储的数字变量，通过对寄存器的读取，就可以获取模拟参量，建立了模拟电路到数字电路的桥梁；

数字电路到模拟电路：

1.PWM；

2.DAC；

二、AD外设

STM32的ADC是一个12位逐渐逼近型ADC，分辨率是0~4096，转换时间是1us；

输入电压范围是0~3.3v；

输入通道是有16个GPIO通道和两个内部通道温度传感器（测量CPU温度）和参考电压（1.2v参考电压不受连接电压影响，当外部连接不是标准的3.3V时，可以用来校准）；

有规则组和注入组两个单元；

模拟看门狗自动监测输入电压范围；

三、8位ADC逐次逼近型

逻辑结构：外部待测信号通过8个输入引脚，通过通道选择开关选择一个输入，通过配置三位地址名称和一个译码选择待测通道，输入作为比较的一个输入，比较器另一个输入是DAC输出，通过SAR逐次比较寄存器配置，选择内经过ADC预分频器分频后的时钟CLOCK作为时钟源驱动比较，当触发源START触发时，在时钟驱动下通过二分法依次比较已知编码DAC和未知编码待测信号的值，如果DAC大于待测信号，则降低DAC大小，反之增大，经过比较得到8位的二进制数据，存放在锁存缓存器中，存在数据寄存器中，通过读取数据寄存器并线系转换后，即可获得模拟量，转换完成后至EOC标志位；

ADC连接VCC和GND，DAC连接参考电压VEF+,VEF-(二者通常连接在一起)；

因为外部信号是持续变化的，对数据进行量化编码；这是需要时间的，而在转换进行比较的时候，外部信号依然在不断变化，所以当需要采样时，进行采样，然后关闭采样通道，保持一个固定的值，然后进行比较，量化，编码；

ADC转换时间：采样时间+12.5个ADC周期；

四、ADC结构图

通过16个GPIO的输入和两个内部输入组成18个输入通道，输入至模拟多路开关（数据选择器），经过开关选择后，进行待测通道配置 ，分为注入组和规则组（注入组一次可测量四个数据，存放在四个数据寄存器中，规则组一次可测量多个数据，存放在一个数据选择器中，但是后一个数据会覆盖前一个数据，需要DMA及时转运；）

通过触发源选择选择是外部触发源（EXTI和定时器内部信号，使用定时器定时触发测量）还是软件触发，通过来自ADC预分频器的APB2时钟驱动模数转换器进行转换，转换完成后，将转换的值放在16位数据寄存器中，并置标志位EOC，可以连通NVIC申请中断，同时可以申请DMA转移，也可以配置模拟看门狗检测指定通道的电压（原理是：设计一个阈值范围，如果超过阈值，置标志位，产生中断至NVIC，执行某些程序）；

其中，12位逐渐逼近型ADC，比较后得到12位，存放在16位寄存器中，通过左，右对齐方式；

左对齐，会使结果放大2的四次方；

触发控制：

 

 

 

五、AD流程图

ADC和GPIO开启时钟使能配置后，外部待测信号通过GPIO（内部温度传感器和参考电压），输入到AD待测通道，配置待测通道（注入组还是规则组，顺序以及个数），选择触发方式和时钟源分频后，进行转换，转换完成后将数据存放在数据寄存器中，置EOC标志位可以通过中断输出控制，连接NVIC，可以配置模拟看门狗置NVIC，最后使能AD，可以通过读取数据寄存器的值，在进行线系转换得到模拟量；

 

六、规则组

单次转换，非扫描模式

每次转换时，需要单独触发，触发后等待转换完成，判断EOC标志位，读取数据；

连续转换，非扫描模式

只需要触发一次，之后需要数据时，直接读取就行；

单次转换，扫描模式

每次转换需要单独触发，依次转换，所有数据转换完成后，才置标志位EOC；

需要及时读取，否则后面的数据会被前面的数据覆盖；

连续转换，非扫描模式 

只需要触发一次，依次转换，所有数据转换完成后，才置标志位EOC；

需要及时读取，否则后面的数据会被前面的数据覆盖；

七、AD校准

ADC有一个内置自校准模式。校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的准精度误差。校准期间，在每个电容器上都会计算出一个误差修正码(数字值)，这个码用于消除在随后的转换中每个电容器上产生的误差 建议在每次上电后执行一次校准 启动校准前， ADC必须处于关电状态超过至少两个ADC时钟周期 

八、AD的硬件图

第一个是将ADC采集引脚，连接在电位器上；

第二个连接一个电阻和传感器分压，测量传感器电压；

第三个测量VIN电压值，通过分压电路；

VIN电压=R1/（R1+R2）*5V;

九、API

9.1AD单通道

9.1.1功能：通过软件触发方式，采集指定通道的模拟量，并转换为电压值，显示在OLED上‘

9.1.2思路：

驱动层：初始化ADC，获取采集AD值；

应用层:将采集的值转换为电压值，OLED显示；

驱动层：

1.RCC开启ADC和GPIO时钟；

2.配置ADC预分频器；

3.初始化GPIO，配置为模拟输入，读取引脚模拟量；

4.初始化ADC，选择扫描模式和转换模式，使能ADC，选择触发方式；

5.配置规则组列表；

6.使能ADC；

7.复位校准ADC；

8.选择软件触发，while等待标志位，读取AD值

应用层：

9.通过线性关系，将读取的AD值转换为模拟量；

10.通过OLED显示；

9.1.3库函数

void ADC_DeInit(ADC_TypeDef* ADCx);//复位
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);//初始化
void ADC_StructInit(ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);//初始化结构体
void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//使能ADC
void ADC_DMACmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//DMA转运初始化
void ADC_ITConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT, FunctionalState NewState);//中断到NVIC
void ADC_ResetCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);//复位校准
FlagStatus ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);//获取复位校准状态
void ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);//开始校准
FlagStatus ADC_GetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);//获取校准状态
void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//ADC软件触发模式
FlagStatus ADC_GetSoftwareStartConvStatus(ADC_TypeDef* ADCx);//
void ADC_DiscModeChannelCountConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t Number);//配合间断模式，每隔几个
void ADC_DiscModeCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//开启间断模式
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);//给序列每个位置填写通道
void ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//ADC外部触发转换(是否允许外部触发ADC)
uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);//获取ADC的值
uint32_t ADC_GetDualModeConversionValue(void);//获取双ADC转换值
void ADC_AutoInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//注入组进行配置
void ADC_InjectedDiscModeCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_ExternalTrigInjectedConvConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint32_t ADC_ExternalTrigInjecConv);
void ADC_ExternalTrigInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_SoftwareStartInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
FlagStatus ADC_GetSoftwareStartInjectedConvCmdStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_InjectedChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);
void ADC_InjectedSequencerLengthConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t Length);
void ADC_SetInjectedOffset(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_InjectedChannel, uint16_t Offset);
uint16_t ADC_GetInjectedConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_InjectedChannel);
void ADC_AnalogWatchdogCmd(ADC_TypeDef* ADCx, uint32_t ADC_AnalogWatchdog);//对看门狗进行配置，是否启动
void ADC_AnalogWatchdogThresholdsConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t HighThreshold, uint16_t LowThreshold);//高低阈值
void ADC_AnalogWatchdogSingleChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel);//配置看门通道
void ADC_TempSensorVrefintCmd(FunctionalState NewState);//内部通道
FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);//获得标志位状态，判断转换是否结束
void ADC_ClearFlag(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);//清除标志位
ITStatus ADC_GetITStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT);//获取中断标志位状态
void ADC_ClearITPendingBit(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT);//清除标志位

 9.1.4实现

1.RCC开启ADC和GPIO时钟；

2.配置ADC预分频器；

3.初始化GPIO，配置为模拟输入，读取引脚模拟量；

4.初始化ADC，选择扫描模式和转换模式，使能ADC，选择触发方式；

5.配置规则组列表；

6.使能ADC；

7.复位校准ADC；

8.选择软件触发，while等待标志位，读取AD值

应用层：

9.通过线性关系，将读取的AD值转换为模拟量；

10.通过OLED显示；

9.2AD多通道 ’

同时配置多通道，不使用DMA