STM32笔记（十三）---ADC

一、ADC简介

以STM32f103 系列为例，3 个 ADC，精度为 12 位，每个 ADC 最多有 16 个外部通道。其中ADC1 和 ADC2 都有 16 个外部通道， ADC3 根据 CPU 引脚的不同通道数也不同，一般都有8 个外部通道。 ADC 的模式非常多，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。

ADC功能框图

图1 单个ADC功能框图

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。

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，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。

②输入通道

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 18 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 16 连接到了芯片内部的温度传感器， Vrefint 连接到了通道 17。 ADC2 的模拟通道 16 和 17 连接到了内部的 VSS。ADC3 的模拟通道 9、 14、 15、 16 和 17 连接到了内部的 VSS。

图2 STM32F103VET6 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。

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3 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。当 JL 等于 4 时，跟 SQR 一样。

图4 注入序列寄存器

④触发源

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。

除了这种庶民式的控制方法， ADC 还支持触发转换，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。其中 ADC3 的规则转换和注入转换的触发源与 ADC1/2 的有所不同，在框图上已经表示出来。

⑤转换时间

ADC 时钟

ADC 输入时钟 ADC_CLK 由 PCLK2 经过分频产生，最大是 14M，分频因子由 RCC 时钟配置寄存器 RCC_CFGR 的位 15:14 ADCPRE[1:0]设置，可以是 2/4/6/8 分频，注意这里没有 1 分频。一般我们设置 PCLK2=HCLK=72M。

采样时间

ADC 使用若干个 ADC_CLK 周期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 1.5 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 1.5个周期，这里说的周期就是 1/ADC_CLK。

ADC 的转换时间跟 ADC 的输入时钟和采样时间有关，公式为： Tconv = 采样时间 +12.5 个周期。 当 ADCLK = 14MHZ （最高），采样时间设置为 1.5 周期（最快），那么总的转换时间（最短） Tconv = 1.5 周期 + 12.5 周期 = 14 周期 = 1us。

一般我们设置 PCLK2=72M，经过 ADC 预分频器能分频到最大的时钟只能是 12M，采样周期设置为 1.5 个周期，算出最短的转换时间为 1.17us，这个才是最常用的。

⑥中断

转换结束中断

数据转换结束后，可以产生中断，中断分为三种：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。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。

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。要注意的是只有 ADC1 和 ADC3 可以产生 DMA 请求。有关DMA 请求需要配合《STM32F10X-中文参考手册》 DMA 控制器这一章节来学习。一般我们在使用 ADC 的时候都会开启 DMA 传输。

电压转换

模拟电压经过 ADC 转换后，是一个 12 位的数字值，如果通过串口以 16 进制打印出来的话，可读性比较差，那么有时候我们就需要把数字电压转换成模拟电压，也可以跟实际的模拟电压（用万用表测）对比，看看转换是否准确。

我们一般在设计原理图的时候会把 ADC 的输入电压范围设定在： 0~3.3v，因为 ADC是 12 位的，那么 12 位满量程对应的就是 3.3V， 12 位满量程对应的数字值是： 2^12。数值0 对应的就是 0V。 如果转换后的数值为 X ， X 对应的模拟电压为 Y，那么会有这么一个等式成立： 2^12 / 3.3 = X / Y， => Y = (3.3 * X ) / 2^12。

二、ADC独立模式单通道中断采集实验

初始 ADC 用到的 GPIO；

设置 ADC 的工作参数并初始化；

设置 ADC 工作时钟；

设置 ADC 转换通道顺序及采样时间；

配置使能 ADC 转换完成中断，在中断内读取转换完数据；

使能 ADC；

使能软件触发 ADC 转换。

头文件相关宏定义

/*************ADC GPIO相关宏定义**************/

#define ADC_GPIO_APBxCLock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

#define ADC_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC

#define ADC_PORT GPIOC

#define ADC_PIN     GPIO_Pin_1

/*************ADC 相关宏定义**************/

//选择ADC1

#define ADC_APBxCLock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

#define ADC_CLK RCC_APB2Periph_ADC1

#define ADCx ADC1

//根据ADC引脚图 PC1为通道11

#define ADC_CHANNEL ADC_Channel_11

// ADC 中断相关宏定义

#define ADC_IRQ ADC1_2_IRQn

#define ADC_IRQHandler ADC1_2_IRQHandler

ADC配置

__IO uint16_t ADC_ConvertedValue;

static void ADCx_GPIO_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

// 打开ADC IO端口时钟

ADC_GPIO_APBxCLock_FUN(ADC_GPIO_CLK, ENABLE);

// 配置ADC IO引脚模式为模拟输入模式

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_PIN;

// ADC为模拟输入，无需配置速度

GPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);

} 

static void ADCx_Mode_Config(void)

{

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

// 打开ADC时钟

ADC_APBxCLock_FUN(ADC_CLK,ENABLE);

// 连续转换模式

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

// 转换结果右对齐

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

// 不用外部触发转换，软件开启即可

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

// 只使用一个 ADC，属于独立模式

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

// 转换通道 1 个

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;

// 禁止扫描模式，多通道才要，单通道不需要

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;

ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStructure);

//配置ADC-CLK为6分频 72/6=12M

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

// 配置 ADC 通道转换顺序为 1，第一个转换，采样时间为 55.5 个时钟周期

ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

//开启ADC转换结束中断，在中断服务函数中读取转换值☆

ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC, ENABLE);//EOC--规则通道

//开启ADC,并开始转换

ADC_Cmd(ADCx, ENABLE);

//初始化ADC校准寄存器

ADC_ResetCalibration(ADCx);

//等待校准寄存器初始化完成

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADCx));

/***********ADC校准开启（不开启也可）**********/

//ADC开始校准

ADC_StartCalibration(ADCx);

//等待校准完成

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));

//由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);

}

static void ADC_NVIC_Config(void)

{

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ADC_IRQ;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

void ADCx_Init(void)

{

ADCx_GPIO_Config();

ADCx_Mode_Config();

ADC_NVIC_Config();

}

‘main函数’

extern __IO uint16_t ADC_ConvertedValue;

float ADC_ConvertedValueLocal;

int main(void)

{

USART_Config();

//ADC初始化

ADCx_Init();

printf("rn ----这是一个ADC实验（DMA传输）----rn");

while(1)

{

ADC_ConvertedValueLocal =(float) ADC_ConvertedValue/4096*3.3; 

printf("rn The current AD value = 0x%04X rn", 

       ADC_ConvertedValue); 

printf("rn The current AD value = %f V rn",

       ADC_ConvertedValueLocal); 

printf("rnrn");

        //简易延时

Delay(0xffffee); 

}

}

三、ADC独立模式多通道DMA采集实验

多通道与单通道ADC，DMA传输区别

IO口定义

DMA存储器地址与地址增量

DMA缓冲区数量

ADC转化通道数量

ADC扫描模式

ADC转化顺序与采样时间

ADC相关宏定义

/*************ADC GPIO相关宏定义**************/

#define ADC_GPIO_APBxCLock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

#define ADC_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC

#define ADC_PORT GPIOC

#define ADC_PIN     GPIO_Pin_1

/*************ADC 相关宏定义**************/

//选择ADC1

#define ADC_APBxCLock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

#define ADC_CLK RCC_APB2Periph_ADC1

#define ADCx ADC1

//C1为通道11

#define ADC_CHANNEL ADC_Channel_11

// ADC 中断相关宏定义

#define ADC_IRQ ADC1_2_IRQn

#define ADC_IRQHandler ADC1_2_IRQHandler

// ADC1 对应 DMA1 通道 1， ADC3 对应 DMA2 通道 5， ADC2 没有 DMA 功能

#define ADC_DMA_CHANNEL DMA1_Channel1

#define ADC_DMA_APBxClock_FUN RCC_AHBPeriphClockCmd

#define ADC_DMA_CLK RCC_AHBPeriph_DMA1

// 转换通道个数

#define CHANNELNUM 5

#define ADC_PIN1 GPIO_Pin_0

#define ADC_CHANNEL1 ADC_Channel_10

#define ADC_PIN2 GPIO_Pin_1

#define ADC_CHANNEL2 ADC_Channel_11

#define ADC_PIN3 GPIO_Pin_3

#define ADC_CHANNEL3 ADC_Channel_13

#define ADC_PIN4 GPIO_Pin_4

#define ADC_CHANNEL4 ADC_Channel_14

#define ADC_PIN5 GPIO_Pin_5

#define ADC_CHANNEL5 ADC_Channel_15

ADC相关配置

__IO uint16_t ADC_ConvertedValue[CHANNELNUM] = {0,0,0,0,0};

static void ADCx_GPIO_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

// 打开ADC IO端口时钟

ADC_GPIO_APBxCLock_FUN(ADC_GPIO_CLK, ENABLE);

// 配置 ADC IO 引脚模式

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_PIN1|ADC_PIN2|ADC_PIN3|ADC_PIN4|ADC_PIN5;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

// ADC为模拟输入，无需配置速度

GPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);

} 

static void ADCx_Mode_Config(void)

{

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

// DMA的时钟

ADC_DMA_APBxClock_FUN(ADC_DMA_CLK, ENABLE);

// 打开ADC时钟

ADC_APBxCLock_FUN(ADC_CLK,ENABLE);

/*****************DMA模式配置*******************/

// 复位 DMA 控制器

DMA_DeInit(ADC_DMA_CHANNEL);

// 配置 DMA 初始化结构体

// 外设基址为： ADC 数据寄存器地址

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&( ADCx->DR ));

// 存储器地址

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)ADC_ConvertedValue;

// 数据源来自外设

DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;

// 缓冲区大小，应该等于数据目的地的大小

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = CHANNELNUM;

// 外设寄存器只有一个，地址不用递增

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;

// 存储器地址递增

DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;

// 外设数据大小为半字，即两个字节

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize =DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;

// 内存数据大小也为半字，跟外设数据大小相同

DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;

// 循环传输模式

DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;

// DMA 传输通道优先级为高，当使用一个 DMA 通道时，优先级设置不影响

DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;

// 禁止存储器到存储器模式，因为是从外设到存储器

DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;

// 初始化 DMA

DMA_Init(ADC_DMA_CHANNEL, &DMA_InitStructure);

// 使能 DMA 通道

DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL , ENABLE);

/*****************ADC模式配置*******************/

// 连续转换模式

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

// 转换结果右对齐

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

// 不用外部触发转换，软件开启即可

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

// 只使用一个 ADC，属于独立模式

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

// 转换通道 1 个

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = CHANNELNUM;

// 扫描模式，多通道才要，单通道不需要

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;

ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStructure);