STM32速成笔记(7)—ADC

一、什么是ADC

ADC（Analogto-Digital Converter）模拟数字转换器，是将模拟信号转换成数字信号的一种外设。比如某一个电阻两端的是一个模拟信号，单片机无法直接采集，此时需要ADC先将短租两端的电压这个模拟信号转化成数字信号，单片机才能够进行处理。

二、ADC的用途

ADC具有将模拟信号转换成数字信号的能力，比如将模拟的电压转换成数字信号，单片机进行处理。可以用作温度监测或者电流监测等方面，用途极广。

三、STM32F103ZET6的ADC

根据中文参考手册介绍，STM32F103ZET6单片机有3个12位ADC，共有18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。ADC的输入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2经分频产生。

3.1 ADC通道对应引脚

STM32F103ZET6的ADC各通道对应IO如下

3.2ADC时钟

ADC输入时钟ADC_CLK由APB2分频产生，最大值是14MHz。库函数提供了设置分频因子的函数

void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2)

可选的分频因子有

#define RCC_PCLK2_Div2                   ((uint32_t)0x00000000)

#define RCC_PCLK2_Div4                   ((uint32_t)0x00004000)

#define RCC_PCLK2_Div6                   ((uint32_t)0x00008000)

#define RCC_PCLK2_Div8                   ((uint32_t)0x0000C000)

APB2总线时钟为72MHz，而ADC的最大工作频率为14MHz，所以，分频因子一般设置为6，这样ADC的输入时钟频率为12MHz。

3.3 ADC工作模式

根据中文参考手册介绍，STM32F1的ADC有三种工作模式

• 单次转换模式 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。

• 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。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。

• 扫描模式

33.4 ADC转换时间

ADC的总转换时间与时钟频率有关，总转换时间 = 采样时间 + 12.5个周期。其中，采样时间最短为1.5个周期，也就是最短转换时间为14个时钟周期。使用软件触发时，可选择的采样时间如下

#define ADC_SampleTime_1Cycles5                    ((uint8_t)0x00)

#define ADC_SampleTime_7Cycles5                    ((uint8_t)0x01)

#define ADC_SampleTime_13Cycles5                   ((uint8_t)0x02)

#define ADC_SampleTime_28Cycles5                   ((uint8_t)0x03)

#define ADC_SampleTime_41Cycles5                   ((uint8_t)0x04)

#define ADC_SampleTime_55Cycles5                   ((uint8_t)0x05)

#define ADC_SampleTime_71Cycles5                   ((uint8_t)0x06)

#define ADC_SampleTime_239Cycles5                  ((uint8_t)0x07)

3.5 ADC校准

使能ADC后，需要对ADC进行校准。使用库函数开发时，提供了ADC校准的函数

ADC_ResetCalibration(ADC1);//重置指定的ADC的校准寄存器

    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));//获取ADC重置校准寄存器的状态

    ADC_StartCalibration(ADC1);//开始指定ADC的校准状态

    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//获取指定ADC的校准程序

3.6 ADC转换结果与实际电压的换算

获取到的AD转换结果并不是实际电压，如果想要得到实际电压，需要经过换算。上面介绍了，STM32的ADC为12位，也就是AD值取值范围为0~4095。采集电压范围为0到3.3V。AD值与实际电压之间存在比例关系。

实际电压 = (AD值 / 4095) * 3.3。单位为伏特（V）

四、ADC配置步骤

• 使能GPIO时钟和ADC时钟，设置引脚为模拟输入

• 设置ADC的分频因子

• 初始化ADC参数，包括ADC工作模式，规则序列等

• 使能ADC并校准

• 触发AD转换，读取AD转换值

五、ADC配置程序

55.1 ADC初始化程序

这里以配置ADC1的通道1为例，给出ADC的配置例程，分频因子设置为6，单次转换模式，软件触发。

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：ADC1_Init

 *函数功能：初始化ADCx

 *输入参数：无

 *返回值：无

 *备  注：无

 *==============================================================================

 */

void ADC1_Init(void)

{

    // 结构体定义

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

    // 开启时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);

    // 设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M

    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

    // GPIO配置

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;   //ADC1通道1

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;   // 模拟输入

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

    // ADC参数配置

    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;   // 独立模式

    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;   // 非扫描模式 

    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;   // 关闭连续转换

    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;   // 禁止触发检测，使用软件触发

    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;   // 右对齐 

    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;   // 1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1 

    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);   // ADC初始化

    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);   // 开启AD转换器

    // ADC校准

    ADC_ResetCalibration(ADC1);   // 重置指定的ADC的校准寄存器

    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));   // 获取ADC重置校准寄存器的状态

    ADC_StartCalibration(ADC1);   // 开始指定ADC的校准状态

    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));   // 获取指定ADC的校准程序

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);   // 使能或者失能指定的ADC的软件转换启动功能

}

5.2 软件触发AD转换

库函数开发，配置为软件触发时，可以通过下面的函数触发AD转换

void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState)

5.3 读取AD转换结果

库函数提供了用于读取AD转换结果的函数

uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx)

这里给出另一个函数，用于软件触发AD转换并读取转换结果

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：Get_ADC_Value

 *函数功能：读取某一规则通道AD值

 *输入参数：ch：规则通道ADC_Channel_x；times：读取次数

 *返回值：无

 *备  注：该函数配置好后，返回的结果是N次后的平均值

 *==============================================================================

 */

u16 Get_ADC_Value(u8 ch,u8 times)

{

    u32 temp_val = 0;

    u8 t;

    // 设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间

    // ADC1,ADC通道,239.5个周期,提高采样时间可以提高精确度

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);       

    for(t=0;t< times;t++)

    {

        ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);   // 使能指定的ADC1的软件转换启动功能 

        while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));   // 等待转换结束

        temp_val+=ADC_GetConversionValue(ADC1);

        delay_ms(5);

    }

    return temp_val/times;

}

六、实战项目

用ADC1的通道1采集某电阻两端电压（由于普中核心板没有可供采集的电阻，可以直接将采集引脚接到3.3V查看一下结果），将结果通过串口打印到电脑。其中关于串口的配置就不再做介绍，给出ADC的配置和main函数。

6.1 ADC初始化

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：ADC1_Init

 *函数功能：初始化ADCx

 *输入参数：无

 *返回值：无

 *备  注：无

 *==============================================================================

 */

void ADC1_Init(void)

{

    // 结构体定义

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

    // 开启时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);

    // 设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M

    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

    // GPIO配置

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;   //ADC1通道1

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;   // 模拟输入

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

    // ADC参数配置

    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;   // 独立模式

    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;   // 非扫描模式 

    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;   // 关闭连续转换

    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;   // 禁止触发检测，使用软件触发

    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;   // 右对齐 

    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;   // 1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1 

    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);   // ADC初始化

    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);   // 开启AD转换器

    // ADC校准

    ADC_ResetCalibration(ADC1);   // 重置指定的ADC的校准寄存器

    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));   // 获取ADC重置校准寄存器的状态

    ADC_StartCalibration(ADC1);   // 开始指定ADC的校准状态

    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));   // 获取指定ADC的校准程序

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);   // 使能或者失能指定的ADC的软件转换启动功能

}

6.2 main函数

u16 gAdcAdValue = 0;   // 存储AD值

float gAdcVol = 0;   // 实际电压值

int main(void)

{

    Med_Mcu_Iint();   // 系统初始化

    while(1)

  {

        gAdcAdValue = Get_ADC_Value (ADC_Channel_1,10);   // 获取转换结果

        gAdcVol = (gAdcAdValue / 0xFFF) * 3.3;   // 计算实际电压

        printf ("Vol=%.1f Vrn",gAdcVol);   // 串口打印结果

        delay_ms (500);   // 防止打印过快

    }

}

七、拓展

7.1 定时器触发ADC采集

根据中文参考手册介绍，ADC可以通过定时器触发AD转换（只有PWM的上升沿可以触发AD转换）。触发方式有以下几种

• TIM1_CH1 :定时器 1 的通道 1 的 PWM 触发

• TIM1_CH2 : 定时器 2 的通道 2 的 PWM 触发

• TIM1_CH3: 定时器 1 的通道 3 的 PWM 触发

• TIM2_CH2 : 定时器 2 的通道 2 的 PWM 触发

• TIM3_TRGO: 定时器 3 触发

• TIM4_CH4 : 定时器 4 的通道 4 的 PWM 触发

ADC外部触发方式

这里以TIM4的通道4触发ADC采集为例，给出程序配置。

首先是定时器PWM的配置，不对引脚进行重映射。

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：TIM4_CH4_PWM_Init

 *函数功能：初始化定时器4的PWM通道4

 *输入参数：per：自动重装载值；psc：预分频系数

 *返回值：无

 *备  注：无

 *==============================================================================

 */

void TIM4_CH4_PWM_Init (u16 per,u16 psc)

{

    // 结构体定义

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;

    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;