STM32f407的数字采集电路ADC的设计与使用

(1)简介

stm32 具有2路12位的ADC，具有18个通道（其中两个为内部通道）。各通道 的 ＡＤＣ转换可以单次，连续，扫描或者间断模式执行。

ＡＤＣ的数据可以选择左对齐或者右对齐存储在１６位的数据寄存器里面。

其中模拟看门狗可以检查输出的电压是否在设定的范围内。

（2）ADC的主要技术指标

  分辨率：12分辨率，不能够测量负压，无符号。做小的量化单位LSB=Vref+/2^12.

         0-3.3V 时每份度为0.805mV

         0-10V 时10V/4096=2.44mv

转换时间： 采样一次至少14个时钟周期，ADＣ的时钟频率最高14ＭＨＺ，也就是说最短时间１ｕｓ．理论上可以采样５００Ｋ一下的频率。

ＡＤＣ类型：逐次比较型ADC。

               逐次逼近型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。

                其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低分辨率( lt; 12位)时价格便宜,但高精度( ; 12位)时价格很高。

ADC的电压范围：Vref+,Vref-：模拟参考电压。 2.4 到模拟电源电压。

                          VDDA，VSSA。模拟信号电源。电源输入2.4  ---3.6  

（3）源码分析：

 下面是采集6路电压，通过ＤＭＡ的方式传输到内存。

1：输入引脚的配置

/*

*********************************************************************************************************

* 函 数 名: ADC_GPIO_Configuration

* 功能说明: ADC相关的Gpio的配置

* 形    参: 无

* 返 回 值: 无

*********************************************************************************************************

*/

static void ADC_GPIO_Configuration(void)

{

    GPIO_InitTypeDef      GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|

          GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;        //模拟输入

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

}

2：DMA的配置

/*

*********************************************************************************************************

* 函 数 名: ADC_DMA_Configuration

* 功能说明: ADC相关的DMA的配置

* 形    参: 无

* 返 回 值: 无

*********************************************************************************************************

*/

static void ADC_DMA_Configuration(void)

{  

    DMA_InitTypeDef       DMA_InitStructure;

/* DMA2 Stream0 channel0 请求映射对应着ADC1-------------------------------------------------- */

DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0;  

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)ADC1_DR_ADDRESS;   //外设地址

DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)&uhADCConvertedValue; //内存地址

DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;                 //传输方向外设到内存

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 6;                                   //传输长度

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;        //外设递增关闭

DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;                 //内存递增开启

        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//数据宽度

        DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;        

DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;                         //循环模式

DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;                     //优先级高

DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;                  //DMA FIFO 关闭

DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;      

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;

DMA_Init(DMA2_Stream0, &DMA_InitStructure);

DMA_Cmd(DMA2_Stream0, ENABLE);                                         // 使能DMA

}

ADC1对应ＤＭＡ２　channel0 dream0

需要注意 的是ＤＭＡ提供了ＦＩＦＯ的功能但是ＡＤＣ并没使用。这个功能的用于自行百度。

3:ADC的配置

/*

*********************************************************************************************************

* 函 数 名: ADC_ADC_configuration

* 功能说明: ADC相关的ADC的配置

* 形    参: 无

* 返 回 值: 无

*********************************************************************************************************

*/

static void ADC_ADC_configuration(void)

{

ADC_InitTypeDef       ADC_InitStructure;

ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;

    /****************************************************************************  

    关于AD采样速率的计算。

   HCLK=SYSCLK/1=168M 

    PCLK2=HCLK/2=84M 

    ADCCLK=PCLK2/4=21M

//ADC采样率=  Sampling Time + Conversion Time = 480 + 12 cycles = 492cyc

//         Conversion Time = 21MHz / 492cyc = 42.6ksps. 

ADC采样率=  Sampling Time + Conversion Time = 144 + 12 cycles = 156cyc

        Conversion Time = 21MHz / 156cyc = 134.6ksps.   

  *****************************************************************************/

/* ADC Common 通用 配置 ----------------------------------------------------------*/

    ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                    //工作模式：独立模式（如果两个以上ＡＤＣ需）

    ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;                 //选择二分频

    ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;     //DMA 禁止选项

    ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//采样延时

    ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);

/* ADC1 regular channel 12 configuration ************************************/

ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;                      //12bit 

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;                                //扫描模式

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;                          //续转化模式

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None; //禁用外部触发（外部触发包括中断，或者定时器）

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;                      //ADC数据右对齐

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 6;                                  // 6个通道

    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

     /* Enable ADC1 DMA */

    ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

}

关于采样的计算

    关于AD采样速率的计算。

HCLK=SYSCLK/1=168M 

    PCLK2=HCLK/2=84M 

    ADCCLK=PCLK2/4=21M 

//ADC采样率=  Sampling Time + Conversion Time = 480 + 12 cycles = 492cyc

//        Conversion Time = 21MHz / 492cyc = 42.6ksps. 

ADC采样率=  Sampling Time + Conversion Time = 144 + 12 cycles = 156cyc

       Conversion Time = 21MHz / 156cyc = 134.6ksps.   

根据公式：

/* PLL_VCO = (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M) * PLL_N     / / /

即 PLL_VCO=8/8*336=336M

而  /* SYSCLK = PLL_VCO / PLL_P     //即 系统时钟SYSCLK=336/2=168M(系统时钟不能超过168M)

而/* USB OTG FS, SDIO and RNG Clock =  PLL_VCO / PLLQ ///即USB SDIO RNG的时钟为24M

rcc_cofig()中可以定义各个总线时钟的分频：

HCLK = SYSCLK / 1   (AHB1Periph)  则HCLK=168M 与系统时钟相等   

PCLK2 = HCLK / 2    (APB2Periph)  则PCLK2=168/2=84M(函数中定义分频值)

PCLK1 = HCLK / 4      (APB1Periph)则 PCLK1  =168/4(函数中定义分频值) 

ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div2; //

在ADC设置中设置为PCLK2的2个分频

则ADC时钟脉冲为84/2=42M

如果ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_3Cycles);

则ADC采样的频率为42/(3+12)=2.8M(其中3是上面函数定义的参数(可变)，12是采样值转换的固定时间(固定))

注意：采样频率与

ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay =ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//ADC_delay_between_2_sampling_phases

这个函数没有任何关系。

由于系统时钟最大不能超过168M，所以ADC采样的最大值为2.8M/S.

如果想设定为2M的采样频率，则需要修改PLL_N为240;

4.初始化ADC

/* define ---------------------------------------------------------------------*/

#define ADC1_DR_ADDRESS          ((uint32_t)0x4001204C)

/* 变量 ----------------------------------------------------------------------*/

__IO uint16_t uhADCConvertedValue[6];

void bsp_InitADC(void)

{

/* 使能外设时钟 */

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2 | RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    ADC_GPIO_Configuration();

  ADC_DMA_Configuration();

    ADC_ADC_configuration();

    /* ADC1 regular channels 10, 11 configuration */ 

  ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_144Cycles);

  ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_144Cycles);

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4, 3, ADC_SampleTime_144Cycles);

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 4, ADC_SampleTime_144Cycles);   

  ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_6, 5, ADC_SampleTime_144Cycles);

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_7, 6, ADC_SampleTime_144Cycles);  

    /* Enable DMA request after last transfer (Single-ADC mode) */

    ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC1, ENABLE);

    /* Enable ADC1 **************************************************************/

    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

    /* Start ADC1 Software Conversion */

    ADC_SoftwareStartConv(ADC1);

}

完整代码：

bsp_adc.h

#include "bsp/adc/bsp_adc.h"

/* define ---------------------------------------------------------------------*/