STM32 ADC没有输入电压时,采集结果不为0
目录
- 1. 问题概述
- 2. 问题分析
- 2.1 钳位二极管
- 2.2 反向漏电流
- 3. 复用功能
- 4. 总结
1. 问题概述
硬件焊接完成后测试程序ADC采集功能,先通过接入3.3V来看下。结果发现三个通道可以采集到0V/3.3V,而另外三个通道在没有接入3.3V时,采集结果并不为0,基本在1V以上。
2. 问题分析
6个通道都是ADC1,对于程序来说,不同通道只是设置下通道号而已,按道理不应该出现部分采集正常,部分采集异常呀?
查了不少资料手册和例程,程序配置上没有发现明显问题。翻出了一块旧电路板,正好使用了出现异常的一个ADC通道。将程序直接下载进去,发现可以采集0V/3V。
对比两块电路板的原理图,发现了差异。可以正常采集的三个通道,外部电路均进行了分压:
而出现问题,浮空时仍然采集到电压的三个通道,外部电路均为直接输入:
顺着这个角度查阅了一些资料,的确有人遇到相同的情况,普遍反应是ADC管脚不要悬空使用。
相当于一个悬浮电压,大概为3.3V的一半。
是因为里面多路开关的特性引起的,开关输入引脚悬空就是个亚稳态。
回想一下,确实以前遇到的都是先分压再接到STM32的IO,一直以为是单纯因为参考电压的限制。这次因为采集电压的压值并不高,且电流非常小,担心会采不准,所以选择了直接接到IO上。不过查看了下手册,并没有找到相关的说明:
哪位大佬看到还希望能够详细解释下!
2021.5.31更新
评论区weixin_45464719大佬给出了一种说法:
感觉是单片机内部两个钳位二极管分压引起的,因为IO口悬空,二极管反向漏电流导致IO口电压约等于供电电压的一半!
我的模电书早就卖废纸了,上网重新了解了下钳位二极管和反向漏电流。
2.1 钳位二极管
在端口配置图中,IO管脚有两个二级管:
这是两个钳位二极管,保证IO电压在Vss~VDD之间(忽略二级管的导通电压)。简单理解就是:
- 当IO大于VDD时,上面的二级管导通,将IO电压限制在VDD;
- 当IO小于Vss时,下面的二级管导通,将IO电压限制在Vss。
再看下百度百科的专业解释:
2.2 反向漏电流
说完了两个二级管的钳位作用,再简单看下反向漏电流。不细说PN结电场怎么反向的了,反正就是二级管会有反向电流。耶稣来了也是!
出现问题的三个通道,IO浮空,VDD和IO之间反向漏电流,IO和Vss之间反向漏电流,最终两个二级管达到一个分压效果,IO上就有一个二分之一的VDD。
3. 复用功能
刚开始怀疑是没有成功配置成ADC功能。如下图:
第二功能有好多个,如何选择成ADC呢?程序上还真没有针对性的做过配置,查了一番:
PA5支持的三种外设(SPI1、DAC、ADC)在同一时刻只能选择一种,选择的方法是开启相应外设的时钟,并使其它外设的时钟保持关闭状态。(如何理解STM32单片机引脚的复用功能?)
但是我的程序一直使能了USART2,又开启了ADC。测试结果是可以正常作为ADC来使用的,并不需要关闭USART2的时钟。可能是因为把管脚配置成了模拟输入?
4. 总结
越来越发现,单片机程序写了不少,往往更关注业务逻辑,一些细节理解还不到位。一直以为悬空会不稳定,只是对电平输入而言,没想到模拟输入同样存在这个问题。
一位同事之前还用悬空的AD通道来做硬件随机数发生器,看来还是自己的经验不足,要继续努力呀
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