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STM32之ADC

2022-07-02 22:09:00 【叫什么呀】

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文章目录

一、ADC简介

ADC (Analog-Digital Converter) 模拟-数字转换器
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变量，建立模拟电路到数字电路的桥梁。12位逐次逼近型ADC**，1us转换时间
输入电压范围∶0-3.3V，转换结果范围∶0~4095。18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源规则组和注入组两个转换单元
模拟看门狗自动监测输入电压范围**

12位ADC的值，量化的范围就是0 - 2^12-1 ，即0-4095。位数越高。量化结果就越精细。对应分辨率就越高。
关于这个模拟看门狗，我们可以设定阈值。当AD值高于它设定的上阈值或者低于下阈值时，它就会申请中断，你就可以在中断函数里执行相应的操作。

1、逐次逼近型ADC

STM32的ADC的原理和这个一样，这个是ADC0809的内部结构
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首先进行通道开关的选择。在左方有个通道选择开关。选择的通道的数字是存在下方的ADDA，ADDB，ADDC中。你想选择IN0-IN7中的哪一个通道，就把那个通道号放在这三个里面。ALE是锁存信号，给ALE置位，上面这里对应的通路开关就可以自动拨好了。
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然后来到了比较器的上面一根线。
在比较器中用逐次逼近的方法来一一比较
比较器的作用就是判断两个输入信号电压的大小关系。
比较器的上面一根线是一个外部通道输入的，未知编码的电压。
比较器的下面一根线是一个DAC输出的，已知编码的电压。
如果DAC输出的电压比较小。我就增大DAC数据。直到DAC输出的电压和外部通道输入的电压近视相等。这样DAC输入的数据就是外部电压的编码数据了。（这里就是输入到8位三态锁存缓冲器）
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而这个增大或减小去调整DAC的数据的过程，是那个逐次逼近寄存器SAR在起作用。
它通常会使用二分法进行查找，比如在这里是8位的ADC，就是0-255。第一次比较的时候，我们就给DAC输入255的一半进行比较。第二次比较的时候。再就给128的一半64。就这么继续往下比较。而且128，64，32正好是二进制每一位的位权。也就是说，这个比较的过程，就是对二进制从高位到低位依次判断是1是0的过程。那对于8位的ADC，从高位到低依次判断8次就能找到未知电压的编码。12位的就是判断12次。
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EOC是End Of Gonvert转换结束信号
START是开始转换。给一个输入脉冲，开始转换。
CLOCK是ADC时钟。
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下面。VRVF+和VREF-是DAC的参考电压。
比如你给一个数据255。是对应5V还是3.3V呢，就由这个参考电压决定。

这个DAC的参考电压也决定了ADC的输入范围，所以它也是ADC参考电压。
通常参考电压的正极和VCC是一样的，会接一起。参考电的负极和GND也是一样的。也接在一起。

2、ADC模块框图

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3、ADC基本结构

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左边是输入通道，16个GPO口，外加两个内部的通道。
然后进入AD转换器
AD转换器里有两个组，一个是规则组，一个是注入组
规则组最多可以选中16个通道。注入组最多可以选择4个通道。
然后转换的结果可以存放在AD数据寄存器里，规则组有1个数据寄存器，注入组有4个数据寄存器。
然后下面这里有触发控制。提供了开始转换的START信号。
触发控制可以选择硬件触发和软件触发，硬件触发主要来自于定时器和外部中断触发。
右边这里是来自RCC的ADC时钟CLOCK,ADC逐次比较的过程就是由这个时钟推动的
有三个方式可以申请中断，首先规则组和注入组转换完成会有EOC信号，会置一个标志位。其次是看门狗，如果超过阈值，就通过中断输出控制，像NVIC申请中断。

4、转换模式

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规则组
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触发—进入第一个序列位置（选中1个）---- 然后就转换完毕了
此时生成一个EOC的信号
如果要转换就要再次触发

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触发—进入第一个序列位置（选中1个）---- 此次转换完毕 -----生成EOC ----- 不需要触发继续重复上述过程

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这个模式也是触发一次用一次
但是一次有好几个序列
所以要给一个通道数目，就是有几个序列能用，有几个就从序列1开始往下排几个
每次触发后，就依次对这前7个（通道数目）进行AD转换，且为了防止数据覆盖，要及时用DMA挪走数据
那7个通道转换完成之后，产生EOC信号，转换结束。

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就是上述过程，触发了就一直一直转

5、触发控制

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6、数据对齐

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一般情况下都是右对齐，前面加0。
也有的情况是左对齐

7、通道采样时间

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8、校准

1、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。
2、 建议在每次上电后执行一次校准。
3、 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。

二、代码

我使用的板子是正点原子的迷你板
STM32的型号是 STM32F103RCT
有三个ADC
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我们在这里使用ADC1的通道1

1、一些函数

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ADC规则组通道配置

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);

是否允许外部触发转换

void ADC_ExternalTrigInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

获取转换值

uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);

双ADC模式读取转换结果

uint32_t ADC_GetDualModeConversionValue(void);

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2、ADC初始化

#include "stm32f10x.h" 

void Adc_Init()
{
    
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
	
	//1、开启时钟ADC1的时钟和GPIOA的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE );
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE );
	//2、配置分频，因为最大不能超过14MHz 72/6=12
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M
	//3、配置GPIOA和ADC结构体 PA1 作为模拟通道输入引脚 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模拟输入引脚
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
	
	ADC_DeInit(ADC1); //复位ADC1
	
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单通道模式
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单次转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//转换由软件而不是外部触发启动
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//ADC数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	//顺序进行规则转换的ADC通道的数目
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	//根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器 
	//4、使能ADC1
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
	//5、校准并等待校准结束
	ADC_ResetCalibration(ADC1);	//使能复位校准 
	 
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	//等待复位校准结束
	
	ADC_StartCalibration(ADC1);	 //开启AD校准
 
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	 //等待校准结束
	
}

关于分频
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3、实验获取PA1的电压并显示

首先PA1是ADC通道1
所以这个函数中的ADC_Channel要选择如图所示

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)

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adc.c

#include "stm32f10x.h" 

void Adc_Init()
{
    
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
	
	//1、开启时钟ADC1的时钟和GPIOA的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE );
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE );
	//2、配置分频，因为最大不能超过14MHz 72/6=12
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M
	//3、配置GPIOA和ADC结构体 PA1 作为模拟通道输入引脚 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模拟输入引脚
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
	
	ADC_DeInit(ADC1); //复位ADC1
	
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单通道模式
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单次转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//转换由软件而不是外部触发启动
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//ADC数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	//顺序进行规则转换的ADC通道的数目
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	//根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器 
	//4、使能ADC1
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
	//5、校准并等待校准结束
	ADC_ResetCalibration(ADC1);	//使能复位校准 
	 
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	//等待复位校准结束
	
	ADC_StartCalibration(ADC1);	 //开启AD校准
 
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	 //等待校准结束
	
}

uint16_t AD_GetValue(u8 ch)
{
    
		//设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );	//ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期 
	 
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		//使能指定的ADC1的软件转换启动功能 
	 
	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束

	return ADC_GetConversionValue(ADC1);	//返回最近一次ADC1规则组的转换结果
}

//多获取几次数据求平均值更稳定
uint16_t Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
    
	u32 temp_val=0;
	u8 t;
	for(t=0;t<times;t++)
	{
    
		temp_val+=AD_GetValue(ch);
		delay_ms(5);
	}
	return temp_val/times;
}

main.c

#include "stm32f10x.h"

#include "delay.h"
#include "ADC.h"
#include "lcd.h"

	
 int main(void)
 {
    	
	float temp;
	u16 adcx;
	delay_init();	    	 //延时函数初始化 
	LCD_Init();
	Adc_Init(); 
	 	LCD_ShowString(10,70,200,16,16,"AD_GetValue");	
		LCD_ShowString(10,100,200,16,16,"AD_Average");	
		LCD_ShowString(10,150,200,16,16,"ADC_CH1_VOL:0.000V");
  while(1)
	{
    
		LCD_ShowxNum(110,70,AD_GetValue(ADC_Channel_1),4,16,0);
		LCD_ShowxNum(110,100,Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10),4,16,0);
		
		adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10);
		temp=(float)adcx*(3.3/4096);
		adcx=temp;
		LCD_ShowxNum(106,150,adcx,1,16,0);//显示整数
		temp-=adcx;
		temp*=1000;
		LCD_ShowxNum(122,150,temp,3,16,0X80); //显示小数 
	}
 }

接3.3v和接GND以及不接是浮空，电平不稳定一直变
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