第30章 ADC—电压采集—零死角玩转STM32-F429系列

2019-09-20来源: eefocus关键字:ADC  电压采集  STM32-F429系列

本章参考资料:《STM32F4xx中文参考手册》ADC章节。


学习本章时,配合《STM32F4xx中文参考手册》ADC章节一起阅读,效果会更佳,特别是涉及到寄存器说明的部分。


30.1 ADC简介

STM32F429IGT6有3个ADC,每个ADC有12位、10位、8位和6位可选,每个ADC有16个外部通道。另外还有两个内部ADC源和VBAT通道挂在ADC1上。ADC具有独立模式、双重模式和三重模式,对于不同AD转换要求几乎都有合适的模式可选。ADC功能非常强大,具体的我们在功能框图中分析每个部分的功能。


30.2 ADC功能框图剖析

图 01 单个ADC功能框图


掌握了ADC的功能框图,就可以对ADC有一个整体的把握,在编程的时候可以做到了然如胸,不会一知半解。框图讲解采用从左到右的方式,跟ADC采集数据,转换数据,传输数据的方向大概一致。


1.    ①电压输入范围

ADC输入范围为:VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。由VREF-、VREF+ 、VDDA 、VSSA、这四个外部引脚决定。


我们在设计原理图的时候一般把VSSA和VREF-接地,把VREF+和VDDA 接3V3,得到ADC的输入电压范围为:0~3.3V。


如果我们想让输入的电压范围变宽,去到可以测试负电压或者更高的正电压,我们可以在外部加一个电压调理电路,把需要转换的电压抬升或者降压到0~3.3V,这样ADC就可以测量了。


2.    ②输入通道

我们确定好ADC输入电压之后,那么电压怎么输入到ADC?这里我们引入通道的概念,STM32的ADC多达19个通道,其中外部的16个通道就是框图中的ADCx_IN0、ADCx_IN1...ADCx_IN5。这16个通道对应着不同的IO口,具体是哪一个IO口可以从手册查询到。其中ADC1/2/3还有内部通道: ADC1的通道ADC1_IN16连接到内部的VSS,通道ADC1_IN17连接到了内部参考电压VREFINT 连接,通道ADC1_IN18连接到了芯片内部的温度传感器或者备用电源VBAT。ADC2和ADC3的通道16、17、18全部连接到了内部的VSS。


图 02 STM32F429IGT6 ADC 通道


外部的16个通道在转换的时候又分为规则通道和注入通道,其中规则通道最多有16路,注入通道最多有4路。那这两个通道有什么区别?在什么时候使用?


规则通道

规则通道:顾名思意,规则通道就是很规矩的意思,我们平时一般使用的就是这个通道,或者应该说我们用到的都是这个通道,没有什么特别要注意的可讲。


注入通道

注入,可以理解为插入,插队的意思,是一种不安分的通道。它是一种在规则通道转换的时候强行插入要转换的一种。如果在规则通道转换过程中,有注入通道插队,那么就要先转换完注入通道,等注入通道转换完成后,再回到规则通道的转换流程。这点跟中断程序很像,都是不安分的主。所以,注入通道只有在规则通道存在时才会出现。


3.    ③转换顺序

规则序列

规则序列寄存器有3个,分别为SQR3、SQR2、SQR1。SQR3控制着规则序列中的第一个到第六个转换,对应的位为:SQ1[4:0]~SQ6[4:0],第一次转换的是位4:0 SQ1[4:0],如果通道16想第一次转换,那么在SQ1[4:0]写16即可。SQR2控制着规则序列中的第7到第12个转换,对应的位为:SQ7[4:0]~SQ12[4:0],如果通道1想第8个转换,则SQ8[4:0]写1即可。SQR1控制着规则序列中的第13到第16个转换,对应位为:SQ13[4:0]~SQ16[4:0],如果通道6想第10个转换,则SQ10[4:0]写6即可。具体使用多少个通道,由SQR1的位L[3:0]决定,最多16个通道。


图 03 规则序列寄存器


注入序列

注入序列寄存器JSQR只有一个,最多支持4个通道,具体多少个由JSQR的JL[2:0]决定。如果JL的值小于4的话,则JSQR跟SQR决定转换顺序的设置不一样,第一次转换的不是JSQR1[4:0],而是JCQRx[4:0] ,x = (4-JL),跟SQR刚好相反。如果JL=00(1个转换),那么转换的顺序是从JSQR4[4:0]开始,而不是从JSQR1[4:0]开始,这个要注意,编程的时候不要搞错。当JL等于4时,跟SQR一样。


图 04 注入序列寄存器


4.    ④触发源

通道选好了,转换的顺序也设置好了,那接下来就该开始转换了。ADC转换可以由ADC控制寄存器2: ADC_CR2的ADON这个位来控制,写1的时候开始转换,写0的时候停止转换,这个是最简单也是最好理解的开启ADC转换的控制方式,理解起来没啥技术含量。


除了这种庶民式的控制方法,ADC还支持外部事件触发转换,这个触发包括内部定时器触发和外部IO触发。触发源有很多,具体选择哪一种触发源,由ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTSEL[2:0]和JEXTSEL[2:0]位来控制。EXTSEL[2:0]用于选择规则通道的触发源,JEXTSEL[2:0]用于选择注入通道的触发源。选定好触发源之后,触发源是否要激活,则由ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTTRIG和JEXTTRIG这两位来激活。


如果使能了外部触发事件,我们还可以通过设置ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTEN[1:0]和JEXTEN[1:0]来控制触发极性,可以有4种状态,分别是:禁止触发检测、上升沿检测、下降沿检测以及上升沿和下降沿均检测。


5.    ⑤转换时间

ADC时钟

ADC输入时钟ADC_CLK由PCLK2经过分频产生,最大值是36MHz,典型值为30MHz,分频因子由ADC通用控制寄存器ADC_CCR的ADCPRE[1:0]设置,可设置的分频系数有2、4、6和8,注意这里没有1分频。对于STM32F429IGT6我们一般设置PCLK2=HCLK/2=90MHz。所以程序一般使用4分频或者6分频。


采样时间

ADC需要若干个ADC_CLK周期完成对输入的电压进行采样,采样的周期数可通过ADC 采样时间寄存器ADC_SMPR1和ADC_SMPR2中的SMP[2:0]位设置,ADC_SMPR2控制的是通道0~9,ADC_SMPR1控制的是通道10~17。每个通道可以分别用不同的时间采样。其中采样周期最小是3个,即如果我们要达到最快的采样,那么应该设置采样周期为3个周期,这里说的周期就是1/ADC_CLK。


ADC的总转换时间跟ADC的输入时钟和采样时间有关,公式为:


Tconv = 采样时间 + 12个周期


当ADCCLK = 30MHz,即PCLK2为60MHz,ADC时钟为2分频,采样时间设置为3个周期,那么总的转换时为:Tconv = 3 + 12 = 15个周期 =0.5us。


一般我们设置PCLK2=90MHz,经过ADC预分频器能分频到最大的时钟只能是22.5M,采样周期设置为3个周期,算出最短的转换时间为0.6667us,这个才是最常用的。


6.    ⑥数据寄存器

一切准备就绪后,ADC转换后的数据根据转换组的不同,规则组的数据放在ADC_DR寄存器,注入组的数据放在JDRx。如果是使用双重或者三重模式那规矩组的数据是存放在通用规矩寄存器ADC_CDR内的。


规则数据寄存器ADC_DR

ADC规则组数据寄存器ADC_DR只有一个,是一个32位的寄存器,只有低16位有效并且只是用于独立模式存放转换完成数据。因为ADC的最大精度是12位,ADC_DR是16位有效,这样允许ADC存放数据时候选择左对齐或者右对齐,具体是以哪一种方式存放,由ADC_CR2的11位ALIGN设置。假如设置ADC精度为12位,如果设置数据为左对齐,那AD转换完成数据存放在ADC_DR寄存器的[4:15]位内;如果为右对齐,则存放在ADC_DR寄存器的[0:11]位内。


规则通道可以有16个这么多,可规则数据寄存器只有一个,如果使用多通道转换,那转换的数据就全部都挤在了DR里面,前一个时间点转换的通道数据,就会被下一个时间点的另外一个通道转换的数据覆盖掉,所以当通道转换完成后就应该把数据取走,或者开启DMA模式,把数据传输到内存里面,不然就会造成数据的覆盖。最常用的做法就是开启DMA传输。


如果没有使用DMA传输,我们一般都需要使用ADC状态寄存器ADC_SR获取当前ADC转换的进度状态,进而进行程序控制。


注入数据寄存器ADC_JDRx

ADC注入组最多有4个通道,刚好注入数据寄存器也有4个,每个通道对应着自己的寄存器,不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。ADC_JDRx是32位的,低16位有效,高16位保留,数据同样分为左对齐和右对齐,具体是以哪一种方式存放,由ADC_CR2的11位ALIGN设置。


通用规则数据寄存器ADC_CDR

规则数据寄存器ADC_DR是仅适用于独立模式的,而通用规则数据寄存器ADC_CDR是适用于双重和三重模式的。独立模式就是仅仅适用三个ADC的其中一个,双重模式就是同时使用ADC1和ADC2,而三重模式就是三个ADC同时使用。在双重或者三重模式下一般需要配合DMA数据传输使用。


7.    ⑦中断

转换结束中断

数据转换结束后,可以产生中断,中断分为四种:规则通道转换结束中断,注入转换通道转换结束中断,模拟看门狗中断和溢出中断。其中转换结束中断很好理解,跟我们平时接触的中断一样,有相应的中断标志位和中断使能位,我们还可以根据中断类型写相应配套的中断服务程序。


模拟看门狗中断

当被ADC转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时,就会产生中断,前提是我们开启了模拟看门狗中断,其中低阈值和高阈值由ADC_LTR和ADC_HTR设置。例如我们设置高阈值是2.5V,那么模拟电压超过2.5V的时候,就会产生模拟看门狗中断,反之低阈值也一样。


溢出中断

如果发生DMA传输数据丢失,会置位ADC状态寄存器ADC_SR的OVR位,如果同时使能了溢出中断,那在转换结束后会产生一个溢出中断。


DMA请求

规则和注入通道转换结束后,除了产生中断外,还可以产生DMA请求,把转换好的数据直接存储在内存里面。对于独立模式的多通道AD转换使用DMA传输非常

[1] [2] [3] [4] [5]
关键字:ADC  电压采集  STM32-F429系列 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/mcu/ic475154.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:第29章 电容触摸屏—触摸画板—零死角玩转STM32-F429系列
下一篇:第31章 TIM—基本定时器—零死角玩转STM32-F429系列

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

MSP430程序库<十>ADC12模块
msp430内部含有ADC12模块,可以完成12位的模数转换,当对精度或其他指标要求不高时,可以选用430单片机内部的ADC12完成模数转换工作。这里主要实现了一个比较通用的ADC12模块初始化程序,具体的数据存储和处理需要自己在中断处理函数中添加。硬件介绍:msp430单片机内的ADC12模块的特点如下:12位转换精度,1位非线形误差,1位非线形积分误差;多种时钟源给ADC12模块,切本身自带时钟发生器;内置温度传感器;TimerA/TimerB硬件触发器;8路外部通道和4路内部通道;内置参考电压源和6种参考电压组合;4种模式的模数转换;16bit的转换缓存;ADC12关闭支持超低功耗;采用速度快,最高200Kbps;自动扫描
发表于 2019-10-09
MSP430程序库<十>ADC12模块
adc12单通道单次转换例程(msp460f5529)
#include "msp430f55529.h"int main( void ){  // Stop watchdog timer to prevent time out reset  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;  ADC12CTL0 = ASC12SHT02 + ADC12ON;       ASC12CTL1 = ADC12SHP;  ADC12IE = 0x01;  ADC12CTL0 |= ADC12ENC;  P6SEL |= 0x01;  P1DIR |=BIT0
发表于 2019-10-09
MSP430--ADC程序
1.ADC和P6是复用的。所以要设置P6.0为AD功能,要确保P6DIR=0X00,即为输入。其次P6SEL |= 0X01;设置需要的A0端口PIN为AD功能。2.ADC时钟问题,通过ADCSSEL选择进入的时钟源默认为ADC12OSC,经过分频之后才是ADC12CLK.当SHP=1时,t_sample是由采样定时器来决定的,整个采样周期的长度是4n倍的ADC12CLK,n由SHT决定。  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                 // Stop WDT  ADC12C
发表于 2019-10-09
stm32中ADC初始化程序
void  Adc_Init(void){ uint32_t tmpreg1 = 0;ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC |RCC_APB2Periph_ADC1 , ENABLE );  //使能ADC1通道时钟RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时钟不能超过14M/* PC0 作为模
发表于 2019-10-09
STM32F0 ADC学习
开始时候使用的是stdlib的库,最近发现cube库用的越来越广泛了,遂开始使用cube库来完成ADC的多通道采集实验。ADC 的driver 在STM32F0XX_HAL_DRIVER当中,有stm32f0xx_hal_adc.c文件中,我们可以在stm32f0xx_hal_conf.h中开启 宏定义 ADC 模块。ADC有三种工作模式,polling interruptDMA我这里使用了polling的方式来获取多通道的数据。首先是要声明两个参数设置的结构体ADC_HandleTypeDef             AdcHand
发表于 2019-10-09
怎样用STM32 ADC测量电压(中断方式)
ADC 概述ADC是模数转换的缩写,是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号,在通信,自动控制等多个领域有着广泛的应用,利用各种传感器,能将现实世界中的模拟量转换为机器能够识别的数字量,机器有了ADC,就像人有了各种感官,能够感知周围的世界并做出反应。STM32F10x  ADC特点l 12位逐次逼近型的模拟数字转换器。l 最多带3个ADC控制器l 最多支持18个通道,可最多测量16个外部和2个内部信号源。l 支持单次和连续转换模式l  转换结束,注入转换结束,和发生模拟看门狗事件时产生中断。l  通道0到通道n的自动扫描模式l  自动校准l  采样间隔可以按通道编程l 
发表于 2019-10-09
怎样用STM32 ADC测量电压(中断方式)
小广播
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved