STM32-ADC模数转换

本文基于STM32F407ZGT6
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ADC需要的引脚：
STM32F4xx 系列般都有 3 个 ADC，这些 ADC 可以独立使用，也可以使用双重/三重模
式（提高采样率）。
STM32-ADC具有多达 19 个复用通道，可测量来自 16 个外部源、两个内部源和 VBAT 通道的信号。
16个外部源：

两个内部源：
对于 STM32F40x 和 STM32F41x 器件，
温度传感器内部连接到通道 ADC1_IN16。
内部参考电压 VREFINT 连接到 ADC1_IN17。

VBAT 通道：
VBAT 通道连接到通道 ADC1_IN18。该通道也可转换为注入通道或规则通道。

注意：对于两个内部源和VBAT 通道是芯片出厂时自带的，我们无法改变也不用搭建什么外围电路便可直接使用。

一、ADC 时钟

ADC 具有两个时钟方案：

● 用于模拟电路的时钟：ADCCLK，所有 ADC 共用此时钟来自于经可编程预分频器分频的 APB2 时钟，该预分频器允许 ADC
在 fPCLK2/2、 /4、/6 或 /8 下工作。有关 ADCCLK 的最大值，请参见数据手册。

注意：ADCCLK的最大工作频率与供电电压有关，当供电电压减低的时候必须降低采样频率，否则会造成采样数据误差率较大。

● 用于数字接口的时钟（用于寄存器读/写访问）此时钟等效于 APB2 时钟。可以通过 RCC APB2 外设时钟使能寄存器
(RCC_APB2ENR) 分别为每个 ADC 使能/禁止数字接口时钟。

二、通道组

STM32F4 将 ADC 的转换分为 2 个通道组：规则通道组和注入通道组。
规则通道相当于你正常运行的程序，而注入通道呢，就相当于中断。在你程序正常执行的时候，中断是可以打断你的执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换，在注入通道被转换完成之后，规则通道才得以继续转换。

● 一个规则转换组最多由 16 个转换构成。必须在 ADC_SQRx 寄存器中选择转换序列的规
则通道及其顺序。规则转换组中的转换总数必须写入 ADC_SQR1 寄存器中的 L[3:0] 位。
● 一个注入转换组最多由 4 个转换构成。必须在 ADC_JSQR 寄存器中选择转换序列的注入
通道及其顺序。注入转换组中的转换总数必须写入 ADC_JSQR 寄存器中的 L[1:0] 位。

注意：关于通道组，以规则组为例：我们可以理解为1个规则组里面有16个或16个以下ADC通道需要转换，我们可以给它们排一个转换顺序，然后一次就可以转换完成多个通道的转换。
比如用ADC1进行6个通道规则组转换需要的操作步骤如下：

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 6;//6个转换在规则序列中 也就是有6个通道需要转换

ADC_NbrOfConversion设置为6，表示有6个ADC要进行转换。

// 配置ADC 通道的转换顺序和采样时间ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_CHANNEL1, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_CHANNEL2, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_CHANNEL3, 3, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_CHANNEL4, 4, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_CHANNEL5, 5, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_CHANNEL6, 6, ADC_SampleTime_55Cycles5);

下面分析一下这个函数：

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

函数的四个参数：

ADCx：就是ADC1、ADC2、ADC3三个ADC其中之一
ADC_Channel：取值ADC_Channel_0~18，表示ADC19个通道
Rank：转换顺序，规则转换组最多由 16 个转换构成，取值1~16
ADC_SampleTime：ADC的采样周期

三、转换模式

ADC的转换模式有很多种，这里只是分析一下单次转换模式和连续转换模式。
单次转换模式
在单次转换模式下，ADC 执行一次转换。CONT 位为 0 时，可通过以下方式启动此模式：
● 将 ADC_CR2 寄存器中的 SWSTART 位置 1（仅适用于规则通道）
● 将 JSWSTART 位置 1（适用于注入通道）
● 外部触发（适用于规则通道或注入通道）
完成所选通道的转换之后：
● 如果转换了规则通道：
— 转换数据存储在 16 位 ADC_DR 寄存器中
— EOC（转换结束）标志置 1
— EOCIE 位置 1 时将产生中断
● 如果转换了注入通道：
— 转换数据存储在 16 位 ADC_JDR1 寄存器中
— JEOC（注入转换结束）标志置 1
— JEOCIE 位置 1 时将产生中断
然后，ADC 停止

注意：单次转换模式转换模式转换结束以后ADC停止了，没有值跟新了。如果需要更新采集数据必须从软件上进行ADC再次采集。

连续转换模式
在连续转换模式下，ADC 结束一个转换后立即启动一个新的转换。CONT 位为 1 时，可通过
外部触发或将 ADC_CR2 寄存器中的 SWSTRT 位置 1 来启动此模式（仅适用于规则通道）。
每次转换之后：
● 如果转换了规则通道组：
— 上次转换的数据存储在 16 位 ADC_DR 寄存器中
— EOC（转换结束）标志置 1
— EOCIE 位置 1 时将产生中断
注意： 无法连续转换注入通道。连续模式下唯一的例外情况是，注入通道配置为在规则通道之后自动转换（使用 JAUTO 位）。

注意：连续转换在转换结束后会马上启动新的转换，不需要软件代码的的重新写入，那么就有一个问题，新转换的数据放在哪里呢？所以这就需要DMA帮忙了，把数据搬运出去。所以开启连续转换模式时，同时要把DMA功能开启。

四、数据对齐

数据对其有左对齐和右对齐两种模式，一般是采用数据右对齐模式
因为十六进制模式下数据是右对齐的所以采取右对齐模式可以把数据拿出来直接使用。

五、采样时间

ADC 会在数个 ADCCLK 周期内对输入电压进行采样，可使用 ADC_SMPR1 和ADC_SMPR2 寄存器中的 SMP[2:0] 位修改周期数。每个通道均可以使用不同的采样时间进行采样。
总转换时间的计算公式如下：
Tconv = 采样时间 + 12 个周期
示例：
ADC每次采样时间最小为3个周期
ADCCLK = 30 MHz 且采样时间 = 3 个周期时：
Tconv = 3 + 12 = 15 个周期 = 0.5 μs
具体计算：Tconv = （3 + 12 ）*1/30 = 0.5 μs
ADC的快速转换模式：
可通过降低 ADC 分辨率来执行快速转换。RES 位用于选择数据寄存器中可用的位数。每种
分辨率的最小转换时间如下：
● 12 位：3 + 12 = 15 ADCCLK 周期
● 10 位：3 + 10 = 13 ADCCLK 周期
● 8 位：3 + 8 = 11 ADCCLK 周期
● 6 位：3 + 6 = 9 ADCCLK 周期

注意：每次采样时间最小为3个周期，但是不建议使用那么短的采样时间；适当加长采样时间可以提高采样数据的准确性。

ADC转换结果计算公式：
计算公式是 ADC 通用的：

实际电压值 = ADC 转换值*LSB

如果设置STM32 的 ADC 的精度为 12 位，而Vref+接的参考电压值为3.3v ，那么LSB =3.3/2^12

六、外部触发转换和触发极性

更多的内容请看《STM32F4xx中文参考手册》
下面引用以下原子哥的例程：
该例程是ADC1规则通道组只采用通道5不采用DMA模式的单次转换模式数据右对齐的采集例程。
（好好理解这句话，太多知识点在里面了）
ADC初始化：

//初始化ADC
void  Adc_Init(void)
{    GPIO_InitTypeDef      GPIO_InitStructure;ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;ADC_InitTypeDef       ADC_InitStructure;RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);//使能GPIOA时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); //使能ADC1时钟//先初始化ADC1通道5 IO口GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;//PA5 通道5GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;//模拟输入GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;//不带上下拉GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化  RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);   //ADC1复位RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,DISABLE);  //复位结束   ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立模式ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//两个采样阶段之间的延迟5个时钟ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled; //DMA失能ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;//预分频4分频。ADCCLK=PCLK2/4=84/4=21Mhz,ADC时钟不要超过36Mhz ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;//12位模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//关闭连续转换ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//禁止触发检测，使用软件触发ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右对齐  ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;//1个转换在规则序列中 也就是有1个通道需要转换ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//ADC初始化ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器  }

需要注意的是，ADC的GPIO口直接设置为模拟输入即可，不需要复用功能。

获取ADC的值：

//获得ADC值
//ch: @ref ADC_channels
//通道值 0~16取值范围为：ADC_Channel_0~ADC_Channel_16
//返回值:转换结果
u16 Get_Adc(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_480Cycles );   //ADC1,ADC通道,480个周期,提高采样时间可以提高精确度               ADC_SoftwareStartConv(ADC1);        //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
}

这里使用的是软件转换ADC1,通过查看ADC_FLAG_EOC标志位是否置位来判断转换是否完成。

最后看一下转换公式：

 temp=(float)adcx*(3.3/4096);          //获取计算后的带小数的实际电压值，比如3.1111

现在采用12位ADC精度，2^12=4096，可以理解为把3.3V分成了4096份，然后再去逐次逼近地去比较。