STM32F10X ADC原理详解(STM32F103ZET6)

STM32ADC的工作原理

模/数转换器

STM32F10x  ADC特点

12位逐次逼近型的模拟数字转换器。

最多带3个ADC控制器

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。

支持单次和连续转换模式

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。

通道0到通道n的自动扫描模式

自动校准

采样间隔可以按通道编程

规则通道和注入通道均有外部触发选项

转换结果支持左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器

ADC转换时间：最大转换速率 1us。（最大转换速度为1MHz，在ADCCLK=14M，采样周期为1.5个ADC时钟下得到。）

ADC供电要求：2.4V-3.6V

ADC输入范围：VREF- ≤  VIN  ≤  VREF+

ADC引脚

☞STM32F10x系列芯片ADC通道和引脚对应关系

由下图可见ADC1的通道0~通道17都有功能，而ADC2的通道16和通道17没有作用，ADC3的通道9、通道14~通道17也没有作用。

STM32通道组

①规则通道组：相当正常运行的程序。最多16个通道。

     规则通道和它的转换顺序在ADC_SQRx寄存器中选择，规则

     组转换的总数应写入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]中

② 注入通道组：相当于中断。最多4个通道。

     注入组和它的转换顺序在ADC_JSQR寄存器中选择。注入组

     里转化的总数应写入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]中

STM32F1的ADC的各通道可以单次模式执行，连续模式执行，扫描或者间断模式执行。

       规则通道组                           

含有注入通道的规则通道组

☞单次转化

单次转换模式下，ADC只执行一次转换。该模式既可通过设置ADC_CR2寄存器的ADON位(只

适用于规则通道)启动也可通过外部触发启动(适用于规则通道或注入通道)，这时CONT位为0。

一旦选择通道的转换完成：

● 如果一个规则通道被转换：

─  转换数据被储存在16位ADC_DR寄存器中

─  EOC(转换结束)标志被设置

─  如果设置了EOCIE，则产生中断。

● 如果一个注入通道被转换：

─  转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中

─  JEOC(注入转换结束)标志被设置

─  如果设置了JEOCIE位，则产生中断。

☞连续转换模式

在连续转换模式中，当前面ADC转换一结束马上就启动另一次转换。（连续转换会自动开启下一次转换）此模式可通过外部触发启

动或通过设置ADC_CR2寄存器上的ADON位启动，此时CONT位是1。

每个转换后：

● 如果一个规则通道被转换：

─  转换数据被储存在16位的ADC_DR寄存器中

─  EOC(转换结束)标志被设置

─  如果设置了EOCIE，则产生中断。

● 如果一个注入通道被转换：

─  转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中

─  JEOC(注入转换结束)标志被设置

─  如果设置了JEOCIE位，则产生中断。

☞扫描模式

此模式用来扫描一组模拟通道。扫描模式可通过设置ADC_CR1寄存器的SCAN位来选择。一旦这个位被设置，ADC扫描所有被ADC_SQRX寄存器(对规则通道)或ADC_JSQR(对注入通道)选中的所有通道。在每个组的每个通道上执行单次转换。在每个转换结束时，同一组的下一个通道被自动转换。如果设置了CONT位，转换不会在选择组的最后一个通道上停止，而是再次从选择组的第一个通道继续转换。如果设置了DMA位，在每次EOC后，DMA控制器把规则组通道的转换数据传输到SRAM中。而注入通道转换的数据总是存储在ADC_JDRx寄存器中。

ADC中断

规则和注入组转换结束时能产生中断，当模拟看门狗状态位被设置时也能产生中断。它们都有

独立的中断使能位。

注： ADC1 和 ADC2 的中断映射在同一个中断向量上，而 ADC3 的中断有自己的中断向量。

ADC_SR寄存器中有2个其他标志，但是它们没有相关联的中断：

● JSTRT(注入组通道转换的启动)

● STRT(规则组通道转换的启动)

ADC 时钟

由时钟控制器提供的ADCCLK时钟和PCLK2(APB2时钟)同步。RCC控制器为ADC时钟提供一个

专用的可编程预分频器.注：不要让ADC时钟超过14MHz，否则可能不准。

可编程的通道采样时间

ADC使用若干个ADC_CLK周期对输入电压采样，采样周期数目可以通过ADC_SMPR1和

ADC_SMPR2寄存器中的SMP[2:0]位更改。每个通道可以分别用不同的时间采样。

总转换时间如下计算：

T（CONV） = 采样时间+ 12.5个周期

例如：

当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5周期

T（CONV） = 1.5 + 12.5 = 14周期 = 1μs

ADC_SMPR1寄存器和ADC_SMPR2寄存器用来设置通道0~17这18个通道

ADC采样时间——可编程的采样时间

ADC_SQR1/SQR2/SQR3规则序列寄存器

ADC_JSQR注入系列寄存器

ADC_SR状态寄存器

常用库函数

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);ADC的初始化函数

void ADC_DeInit(ADC_TypeDef* ADCx)；

void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);ADC使能函数

void ADC_ITConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT, FunctionalState NewState);中断配置函数

void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);软件启动转换函数

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);配置规则通道

uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);ADC获取转换结果函数

校准函数：

void ADC_ResetCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);

FlagStatus ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);

void ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);

FlagStatus ADC_GetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);

例如：

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

typedef struct

{   

uint32_t ADC_Mode;//ADC模式：配置ADC_CR1寄存器的位[19:16]  ：DUALMODE[3:0]位   

FunctionalState ADC_ScanConvMode; //是否使用扫描模式。ADC_CR1位8：SCAN位   

FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; //单次转换OR连续转换：ADC_CR2的位1：CONT   uint32_t ADC_ExternalTrigConv;  //触发方式：ADC_CR2的位[19:17] ：EXTSEL[2:0]                   

uint32_t ADC_DataAlign;   //对齐方式：左对齐还是右对齐：ADC_CR2的位11：ALIGN           

uint8_t ADC_NbrOfChannel;//规则通道序列长度：ADC_SQR1的位[23:20]： L[3:0]        

}ADC_InitTypeDef;

例：

void ADC_Init(ADC_TypeDef*ADCx,ADC_InitTypeDef*ADC_InitStruct)

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //独立模式

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //不开启扫描

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //单次转换模式

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //触发软件

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使能函数ADC_Cmd()

例如：ADC_Cmd(ADC1，ENABLE)；//使能指定的ADC1

ADC使能软件转换函数ADC void ADC_SoftwareStartConvCmd();

例如：ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);//使能ADC1的软件转换启动

ADC规则通道配置函数voidADC_RegularChannelConfig()

例如：ADC_RegularChannelConfig(ADC1，ADC_Channel_1,1,ADC_SampleTime_239Cycles5);//在ADC1的通道1，规则序列中的第1个转换，采样时间。ADC_RegularChannelConfig（用哪个ADC，哪个通道, 通道在规则序列中的序号, 采样时间);

ADC获取转换结果函数ADC_GetConversionValue();如ADC_GetConversionValue(ADC1)；//获取ADC1转换结果

实验一：ADC1的通道1（PA1）进行单次转换

目的：使用库函数的函数来设定使用ADC1的通道1进行A/D转换。

ADC的配置过程如下：

①开启PA口时钟和ADC1时钟，设置PA1为模拟输入。     

GPIO_Init();            

APB2PeriphClockCmd();

② 复位ADC1，同时设置ADC1分频因子。      

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);      

ADC_DeInit(ADC1);

③ 初始化ADC1参数，设置ADC1的工作模式以及规则序列的相关信息。     

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)；

④ 使能ADC并校准。         

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //ADC使能函数

校准使用校准函数

⑤ 配置规则通道参数：      

ADC_RegularChannelConfig();

ADC1的通道1的配置方法：ADC_RegularChannelConfig(ADC1，ADC_Channel_1,1,ADC_SampleTime_239Cycles5)

⑥开启软件转换：

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);

⑦等待转换完成，读取ADC值。   

ADC_GetConversionValue(ADC1);//获取ADC1的转换结果

将上面七个步骤的功能代码写在两个函数中即可实现功能，分别是函数void Adc_Init(void);和函数u16  Get_Adc(u8 ch);

将上面步骤一到步骤四的程序功能代码写在void Adc_Init(void);函数中。

获取转换结果即将实现步骤五到步骤七的功能代码写在u16  Get_Adc(u8 ch);函数中

多次调用u16  Get_Adc(u8 ch)函数读取ADC1的转换结果，再求平均值，将功能代码写在u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)函数中

STM32实现对12V电压的检测

我们现在需要用STM32对12V电压进行检测，判断其是否正确上电。我打算利用STM32的ADC功能，但12V超过了STM32能承受的范围，我们可以用电阻简单分压成3.3V，然后用STM32的ADC引脚直接采样，判断。不要让ADC脚接到5V以上的的电压，会烧坏引脚。