STM32入門(mén)篇—ADC教程

1、main.c 簡(jiǎn)單清楚地一個(gè)例程，一個(gè)簡(jiǎn)單的ADC例程，調(diào)用了A0引腳測(cè)量電壓值。

(資料圖片僅供參考)

2、ADC初始化，PTA0

M_ADC_Init(ADC1, ADC_CH0_Pin, ADC_ExternalTrigConv_None, 1, Rank_1);

3、ADC初始化---ADC_CH0_Pin的選擇

4、ADC初始化---ADC_ExternalTrigConv_None的****選擇

使用軟件觸發(fā)，一般不需要更改這個(gè)配置。

5、ADC初始化--- 1的選擇通道數(shù)：

**6、**ADC初始化--- Rank_1的采樣順序：

7、ADC采樣： M_ADCx_GetValue(ADC_TypeDef* ADCx);

8、ADC采樣再解釋：

掌握了ADC的功能框圖，就可以對(duì)ADC有一個(gè)整體的把握，在編程的時(shí)候可以做到了然如胸，不會(huì)一知半解?？驁D講解采用從左到右的方式，跟ADC采集數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)的方向大概一致。

(1). ①電壓輸入范圍

ADC輸入范圍為：VREF- ≤ VIN≤ V REF+。由V REF-、VREF+、VDDA、V SSA、這四個(gè)外部引腳決定。

我們?cè)谠O(shè)計(jì)原理圖的時(shí)候一般把VSSA和V REF-接地，把V REF+和VDDA接3V3，得到ADC的輸入電壓范圍為：0~3.3V。

如果我們想讓輸入的電壓范圍變寬，去到可以測(cè)試負(fù)電壓或者更高的正電壓，我們可以在外部加一個(gè)電壓調(diào)理電路，把需要轉(zhuǎn)換的電壓抬升或者降壓到0~3.3V，這樣ADC就可以測(cè)量了。

(2). ②輸入通道

我們確定好ADC輸入電壓之后，那么電壓怎么輸入到ADC？這里我們引入通道的概念，STM32的ADC多達(dá)19個(gè)通道，其中外部的16個(gè)通道就是框圖中的ADCx_IN0、ADCx_IN1...ADCx_IN5。這16個(gè)通道對(duì)應(yīng)著不同的IO口，具體是哪一個(gè)IO口可以從手冊(cè)查詢(xún)到。其中ADC1/2/3還有內(nèi)部通道： ADC1的通道ADC1_IN16連接到內(nèi)部的VSS，通道ADC1_IN17連接到了內(nèi)部參考電壓VREFINT連接，通道ADC1_IN18連接到了芯片內(nèi)部的溫度傳感器或者備用電源V BAT。ADC2和ADC3的通道16、17、18全部連接到了內(nèi)部的VSS。

圖 02 STM32F429IGT6 ADC 通道

外部的16個(gè)通道在轉(zhuǎn)換的時(shí)候又分為規(guī)則通道和注入通道，其中規(guī)則通道最多有16路，注入通道最多有4路。那這兩個(gè)通道有什么區(qū)別？在什么時(shí)候使用？

規(guī)則通道

規(guī)則通道：顧名思意，規(guī)則通道就是很規(guī)矩的意思，我們平時(shí)一般使用的就是這個(gè)通道，或者應(yīng)該說(shuō)我們用到的都是這個(gè)通道，沒(méi)有什么特別要注意的可講。

注入通道

注入，可以理解為插入，插隊(duì)的意思，是一種不安分的通道。它是一種在規(guī)則通道轉(zhuǎn)換的時(shí)候強(qiáng)行插入要轉(zhuǎn)換的一種。如果在規(guī)則通道轉(zhuǎn)換過(guò)程中，有注入通道插隊(duì)，那么就要先轉(zhuǎn)換完注入通道，等注入通道轉(zhuǎn)換完成后，再回到規(guī)則通道的轉(zhuǎn)換流程。這點(diǎn)跟中斷程序很像，都是不安分的主。所以，注入通道只有在規(guī)則通道存在時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。

(3). ③轉(zhuǎn)換順序規(guī)則序列

規(guī)則序列寄存器有3個(gè)，分別為SQR3、SQR2、SQR1。SQR3控制著規(guī)則序列中的第一個(gè)到第六個(gè)轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)的位為：SQ1[4:0]~SQ6[4:0]，第一次轉(zhuǎn)換的是位4:0 SQ1[4:0]，如果通道16想第一次轉(zhuǎn)換，那么在SQ1[4:0]寫(xiě)16即可。SQR2控制著規(guī)則序列中的第7到第12個(gè)轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)的位為：SQ7[4:0]~SQ12[4:0]，如果通道1想第8個(gè)轉(zhuǎn)換，則SQ8[4:0]寫(xiě)1即可。SQR1控制著規(guī)則序列中的第13到第16個(gè)轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)位為：SQ13[4:0]~SQ16[4:0]，如果通道6想第10個(gè)轉(zhuǎn)換，則SQ10[4:0]寫(xiě)6即可。具體使用多少個(gè)通道，由SQR1的位L[3:0]決定，最多16個(gè)通道。

圖 03 規(guī)則序列寄存器

注入序列

注入序列寄存器JSQR只有一個(gè)，最多支持4個(gè)通道，具體多少個(gè)由JSQR的JL[2:0]決定。如果JL的值小于4的話，則JSQR跟SQR決定轉(zhuǎn)換順序的設(shè)置不一樣，第一次轉(zhuǎn)換的不是JSQR1[4:0]，而是JCQRx[4:0] ，x = （4-JL），跟SQR剛好相反。如果JL=00（1個(gè)轉(zhuǎn)換），那么轉(zhuǎn)換的順序是從JSQR4[4:0]開(kāi)始，而不是從JSQR1[4:0]開(kāi)始，這個(gè)要注意，編程的時(shí)候不要搞錯(cuò)。當(dāng)JL等于4時(shí)，跟SQR一樣。

圖 04 注入序列寄存器

(4). ④觸發(fā)源

通道選好了，轉(zhuǎn)換的順序也設(shè)置好了，那接下來(lái)就該開(kāi)始轉(zhuǎn)換了。ADC轉(zhuǎn)換可以由ADC控制寄存器2: ADC_CR2的ADON這個(gè)位來(lái)控制，寫(xiě)1的時(shí)候開(kāi)始轉(zhuǎn)換，寫(xiě)0的時(shí)候停止轉(zhuǎn)換，這個(gè)是最簡(jiǎn)單也是最好理解的開(kāi)啟ADC轉(zhuǎn)換的控制方式，理解起來(lái)沒(méi)啥技術(shù)含量。

除了這種庶民式的控制方法，ADC還支持外部事件觸發(fā)轉(zhuǎn)換，這個(gè)觸發(fā)包括內(nèi)部定時(shí)器觸發(fā)和外部IO觸發(fā)。觸發(fā)源有很多，具體選擇哪一種觸發(fā)源，由ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTSEL[2:0]和JEXTSEL[2:0]位來(lái)控制。EXTSEL[2:0]用于選擇規(guī)則通道的觸發(fā)源，JEXTSEL[2:0]用于選擇注入通道的觸發(fā)源。選定好觸發(fā)源之后，觸發(fā)源是否要激活，則由ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTTRIG和JEXTTRIG這兩位來(lái)激活。

如果使能了外部觸發(fā)事件，我們還可以通過(guò)設(shè)置ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTEN[1:0]和JEXTEN[1:0]來(lái)控制觸發(fā)極性，可以有4種狀態(tài)，分別是：禁止觸發(fā)檢測(cè)、上升沿檢測(cè)、下降沿檢測(cè)以及上升沿和下降沿均檢測(cè)。

(5). ⑤轉(zhuǎn)換時(shí)間ADC時(shí)鐘

ADC輸入時(shí)鐘ADC_CLK由PCLK2經(jīng)過(guò)分頻產(chǎn)生，最大值是36MHz，典型值為30MHz，分頻因子由ADC通用控制寄存器ADC_CCR的ADCPRE[1:0]設(shè)置，可設(shè)置的分頻系數(shù)有2、4、6和8，注意這里沒(méi)有1分頻。對(duì)于STM32F429IGT6我們一般設(shè)置PCLK2=HCLK/2=90MHz。所以程序一般使用4分頻或者6分頻。

采樣時(shí)間

ADC需要若干個(gè)ADC_CLK周期完成對(duì)輸入的電壓進(jìn)行采樣，采樣的周期數(shù)可通過(guò)ADC 采樣時(shí)間寄存器ADC_SMPR1和ADC_SMPR2中的SMP[2:0]位設(shè)置，ADC_SMPR2控制的是通道09，ADC_SMPR1控制的是通道1017。每個(gè)通道可以分別用不同的時(shí)間采樣。其中采樣周期最小是3個(gè)，即如果我們要達(dá)到最快的采樣，那么應(yīng)該設(shè)置采樣周期為3個(gè)周期，這里說(shuō)的周期就是1/ADC_CLK。

ADC的總轉(zhuǎn)換時(shí)間跟ADC的輸入時(shí)鐘和采樣時(shí)間有關(guān)，公式為：

Tconv = 采樣時(shí)間 + 12個(gè)周期

當(dāng)ADCCLK = 30MHz，即PCLK2為60MHz，ADC時(shí)鐘為2分頻，采樣時(shí)間設(shè)置為3個(gè)周期，那么總的轉(zhuǎn)換時(shí)為：Tconv = 3 + 12 = 15個(gè)周期 =0.5us。

一般我們?cè)O(shè)置PCLK2=90MHz，經(jīng)過(guò)ADC預(yù)分頻器能分頻到最大的時(shí)鐘只能是22.5M，采樣周期設(shè)置為3個(gè)周期，算出最短的轉(zhuǎn)換時(shí)間為0.6667us，這個(gè)才是最常用的。

(6). ⑥數(shù)據(jù)寄存器

一切準(zhǔn)備就緒后，ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)換組的不同，規(guī)則組的數(shù)據(jù)放在ADC_DR寄存器，注入組的數(shù)據(jù)放在JDRx。如果是使用雙重或者三重模式那規(guī)矩組的數(shù)據(jù)是存放在通用規(guī)矩寄存器ADC_CDR內(nèi)的。

規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器ADC_DR

ADC規(guī)則組數(shù)據(jù)寄存器ADC_DR只有一個(gè)，是一個(gè)32位的寄存器，只有低16位有效并且只是用于獨(dú)立模式存放轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)。因?yàn)锳DC的最大精度是12位，ADC_DR是16位有效，這樣允許ADC存放數(shù)據(jù)時(shí)候選擇左對(duì)齊或者右對(duì)齊，具體是以哪一種方式存放，由ADC_CR2的11位ALIGN設(shè)置。假如設(shè)置ADC精度為12位，如果設(shè)置數(shù)據(jù)為左對(duì)齊，那AD轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)存放在ADC_DR寄存器的[4:15]位內(nèi)；如果為右對(duì)齊，則存放在ADC_DR寄存器的[0:11]位內(nèi)。

規(guī)則通道可以有16個(gè)這么多，可規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器只有一個(gè)，如果使用多通道轉(zhuǎn)換，那轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就全部都擠在了DR里面，前一個(gè)時(shí)間點(diǎn)轉(zhuǎn)換的通道數(shù)據(jù)，就會(huì)被下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的另外一個(gè)通道轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)覆蓋掉，所以當(dāng)通道轉(zhuǎn)換完成后就應(yīng)該把數(shù)據(jù)取走，或者開(kāi)啟DMA模式，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)存里面，不然就會(huì)造成數(shù)據(jù)的覆蓋。最常用的做法就是開(kāi)啟DMA傳輸。

如果沒(méi)有使用DMA傳輸，我們一般都需要使用ADC狀態(tài)寄存器ADC_SR獲取當(dāng)前ADC轉(zhuǎn)換的進(jìn)度狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)行程序控制。

注入數(shù)據(jù)寄存器ADC_JDRx

ADC注入組最多有4個(gè)通道，剛好注入數(shù)據(jù)寄存器也有4個(gè)，每個(gè)通道對(duì)應(yīng)著自己的寄存器，不會(huì)跟規(guī)則寄存器那樣產(chǎn)生數(shù)據(jù)覆蓋的問(wèn)題。ADC_JDRx是32位的，低16位有效，高16位保留，數(shù)據(jù)同樣分為左對(duì)齊和右對(duì)齊，具體是以哪一種方式存放，由ADC_CR2的11位ALIGN設(shè)置。

通用規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器ADC_CDR

規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器ADC_DR是僅適用于獨(dú)立模式的，而通用規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器ADC_CDR是適用于雙重和三重模式的。獨(dú)立模式就是僅僅適用三個(gè)ADC的其中一個(gè)，雙重模式就是同時(shí)使用ADC1和ADC2，而三重模式就是三個(gè)ADC同時(shí)使用。在雙重或者三重模式下一般需要配合DMA數(shù)據(jù)傳輸使用。

(7). ⑦中斷轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可以產(chǎn)生中斷，中斷分為四種：規(guī)則通道轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷，注入轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷，模擬看門(mén)狗中斷和溢出中斷。其中轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷很好理解，跟我們平時(shí)接觸的中斷一樣，有相應(yīng)的中斷標(biāo)志位和中斷使能位，我們還可以根據(jù)中斷類(lèi)型寫(xiě)相應(yīng)配套的中斷服務(wù)程序。

模擬看門(mén)狗中斷

當(dāng)被ADC轉(zhuǎn)換的模擬電壓低于低閾值或者高于高閾值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生中斷，前提是我們開(kāi)啟了模擬看門(mén)狗中斷，其中低閾值和高閾值由ADC_LTR和ADC_HTR設(shè)置。例如我們?cè)O(shè)置高閾值是2.5V，那么模擬電壓超過(guò)2.5V的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生模擬看門(mén)狗中斷，反之低閾值也一樣。

溢出中斷

如果發(fā)生DMA傳輸數(shù)據(jù)丟失，會(huì)置位ADC狀態(tài)寄存器ADC_SR的OVR位，如果同時(shí)使能了溢出中斷，那在轉(zhuǎn)換結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溢出中斷。

DMA請(qǐng)求

規(guī)則和注入通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，除了產(chǎn)生中斷外，還可以產(chǎn)生DMA請(qǐng)求，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在內(nèi)存里面。對(duì)于獨(dú)立模式的多通道AD轉(zhuǎn)換使用DMA傳輸非常有必須要，程序編程簡(jiǎn)化了很多。對(duì)于雙重或三重模式使用DMA傳輸幾乎可以說(shuō)是必要的。有關(guān)DMA請(qǐng)求需要配合《STM32F4xx中文參考手冊(cè)》DMA控制器這一章節(jié)來(lái)學(xué)習(xí)。一般我們?cè)谑褂肁DC的時(shí)候都會(huì)開(kāi)啟DMA傳輸。

(8). ⑧電壓轉(zhuǎn)換

模擬電壓經(jīng)過(guò)ADC轉(zhuǎn)換后，是一個(gè)相對(duì)精度的數(shù)字值，如果通過(guò)串口以16進(jìn)制打印出來(lái)的話，可讀性比較差，那么有時(shí)候我們就需要把數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成模擬電壓，也可以跟實(shí)際的模擬電壓（用萬(wàn)用表測(cè)）對(duì)比，看看轉(zhuǎn)換是否準(zhǔn)確。

我們一般在設(shè)計(jì)原理圖的時(shí)候會(huì)把ADC的輸入電壓范圍設(shè)定在：0~3.3v，如果設(shè)置ADC為12位的，那么12位滿(mǎn)量程對(duì)應(yīng)的就是3.3V，12位滿(mǎn)量程對(duì)應(yīng)的數(shù)字值是：2^12。數(shù)值0對(duì)應(yīng)的就是0V。如果轉(zhuǎn)換后的數(shù)值為 X ，X對(duì)應(yīng)的模擬電壓為Y，那么會(huì)有這么一個(gè)等式成立： 2^12 / 3.3 = X / Y，=> Y = (3.3 * X ) / 2^12。

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