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STM32（七）：ADC电位检测 （标准库函数）_adc的“规则组”是指可以用来执行一个

作者：2023面试高手 | 2024-06-05 13:24:06

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adc的“规则组”是指可以用来执行一个

前言

上一篇文章已经介绍了如何用STM32单片机中的定时器的PWM波来实现LED的“呼吸”。这篇文章我们来介绍一下如何用STM32单片机中ADC进行电位检测，并发送到XCOM串口中显示。

一、实验原理

1.ADC模数转换的介绍

首先，我们先介绍一下AD模数模块（Analog-to-Digital Converter）。AD模数模块即模拟/数字转换器，主要功能是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。

由于单片机只能处理数字信号，因此，在对外部的模拟信号进行分析、处理的过程中，必须使用ADC模块将外部的模拟信号转换成单片机所能处理的数字信号。

A/D转换器的主要类型有以下几种：

  • 积分型
  • 逐次比较型
  • 并行比较型
  • \Sigma -\bigtriangleup调制型
  • 电容阵列逐次比较型
  • 压频变换型
A/D转换器的主要技术指标主要有以下几种：
  • 转换范围 ：A/D转换器能够转换的模拟电压范围。
  • 分辨率：输出二进制数的位数表示，位数越多，分辨率越高。
  • 绝对精度：对应一个给定数字量的理论模拟输入与实际输入之差。
  • 转换速度：A/D转换器完成一次转换所需的时间。转 换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的 数字输出信号所经过的这段时间。

典型ADC结构性能比较如下：

2.STM32中的ADC

STM32拥有1~3个ADC（STM32F101/102系列只有1个ADC，STM32F103系列最少都拥有2个ADC ），这些ADC可以独立使用，也可以使用双重模式（提高采样率）。

STM32的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源（温度传感器、内部参考电压）。ADC的输入时钟不得超过14MHz，其时钟频率由PCLK2分频产生。

ADC 特点
  • STM32单片机有2个独立的ADC控制器，有18个通道，可测量16个外部信号和2个内部信号源：内部温度传感器和内部参考电压(Bandgap voltage) 。
  • ADC 供电要求: 2.4V to 3.6 V 。
  • ADC 输入范围: VREF- ≤ VIN ≤ VREF+ (VREF+ and VREF- available only in LQFP100 package)
  • 精度：12位。结果可按左对齐或右对齐的方式存放在16位寄存器中。
  • A/D转换的过程：采用、保持、量化、编程。采样时间越长，转换结果越稳定。采样时间可设置为：1.5个/7.5个/13.5个/28.5个ADC时钟周期。
  • ADC转换时间 : 采用时间+转换时间（12.5个时钟周期）
  • DMA 功能 （ADC1）

要想搞清楚ADC的原理，那么首先还是先要学会看图，原理图如下图所示：

1.电压输入范围

ADC所能测量的电压范围就是VREF- ≤ VIN ≤ VREF+，把 VSSA 和 VREF-接地，把 VDDA和VREF+接 3.3V，得到ADC的输入电压范围为： 0~3.3V。

2.输入通道

STM32 的 16 个外部 ADC 通道可分为两组 : 规则的和注入的。
  • 每个组可以是这16个通道中的任意一些通道以任意顺序进行的组合。
  • 规则组最多有16个通道，通道和转换顺序在ADC规则系列寄存器x(ADC_JSQR)中选择。
  • 注入组最多有4个通道。通道和转换顺序在ADC注入系列寄存器(ADC_JSQR)中选择。

各通道的A/D 转换可以单次、连续、扫描或间断模 式执行， stm32f103zet6通道如下：

3.转换顺序

由于规则转换通道只有一个数据寄存器，使用多个通道进行转换需要考虑转换顺序。多个通道的使用顺序分为俩种情况：规则通道的转换顺序和注入通道的转换顺序。

可以看下参考博客，这边就不多加赘述。

4.触发源

触发有两种方式：配置寄存器和通过内部定时器或者外部IO触发转换。

  • 配置寄存器触发，通过配置控制寄存器CR2的ADON位，写1时开始转换，写0时停止转换。在程序运行过程中只要调用库函数，将CR2寄存器的ADON位置1就可以进行转换。
  • 通过内部定时器或者外部IO触发转换，也就是说可以利用内部时钟让ADC进行周期性的转换，也可以利用外部IO使ADC在需要时转换，具体的触发由控制寄存器CR2决定。

5.转换时间

转换时间由输入时钟和采样周期来决定。每个通道总的转换时间=TSampling+Tconversion Tsampling(采样时间)

转换时间=采样时间+12.5个周期

STM32的ADC最大的转换速率为1Mhz，也就是转换时间为1us（在ADCCLK=14M,采样周期为1.5个ADC时钟下得到）
• 不要让 ADC 的时钟超过 14M ，否则将导致结果准确度下降。

6.数据寄存器 

数据转换完成后的存放在2种数据寄存器中，分别是注入通道数据寄存器和规则通道数据寄存器。

注入通道数据寄存器

数据寄存器有4个，由于注入通道最多有4个，所以注入通道转换的数据都有固定的存放位置，不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。

规则通道数据寄存器

负责存放规则通道转换的数据，通过32位寄存器ADC_DR来存放。

7.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。
数据转换完成之后可以产生中断，有三种情况，如下图所示：

二、实验步骤

1.配置NVIC

主要是配置ADC中断优先级，这边的对于优先级配置不懂的可以看之前的文章

STM32（三）：外部中断 （标准库函数）_stm32外部中断的库函数程序怎么写-CSDN博客

  1. static void ADC_NVIC_Config(void)
  2. {
  3.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  4.    /* 配置中断优先级 */  
  5.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ADCx_IRQ;
  6. 	 /* 设置抢占式优先级为0 */
  7.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
  8. 	 /* 设置子优先级为0 */
  9.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
  10. 	 /* 使能外部中断通道 */
  11.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  12. 	 /* 初始化配置嵌套向量中断控制器 */
  13.   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  14. }

2.GPIO 初始化

主要是对ADC IO口引脚的配置，同时还要使能端口时钟

  1. static void ADCx_GPIO_Config(void)
  2. {
  3. 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  4. 	
  5. 	/* 打开 ADC IO端口时钟 */
  6. 	ADC_APBxClock_FUN(ADC_GPIO_CLK, ENABLE );	
  7. 	/* 配置 ADC IO 引脚模式 */
  8. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_PIN;
  9. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;	
  10. 	/* 初始化 ADC IO */
  11. 	GPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);				
  12. }
  13.

3.配置工作模式

  1. static void ADCx_Mode_Config(void)
  2. {
  3. 	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;	
  4. 	/* 打开ADC时钟 */
  5. 	ADC_APBxClock_FUN(ADC_CLK,ENABLE );	
  6. 	/* ADC 模式配置 */
  7. 	/* 只使用一个ADC，属于单模式 */
  8. 	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	
  9. 	/* 禁止扫描模式，多通道才要，单通道不需要 */
  10. 	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE ; 
  11. 	/* 连续转换模式 */
  12. 	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
  13. 	/* 不用外部触发转换，软件开启即可 */
  14. 	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
  15. 	/* 转换结果右对齐 */
  16. 	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	
  17. 	/* 转换通道1个 */
  18. 	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;			
  19. 	/* 初始化ADC */
  20. 	ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStructure);
  21. 	
  22. 	/* 配置ADC时钟为PCLK2的8分频，即9MHz */
  23. 	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
  24. 	
  25. 	/* 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 */
  26. 	ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
  27. 	
  28. 	/* ADC 转换结束产生中断，在中断服务程序中读取转换值 */
  29. 	ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC, ENABLE);
  30. 	
  31. 	/* 开启ADC ，并开始转换 */
  32. 	ADC_Cmd(ADCx, ENABLE);
  33. 	
  34. 	/* 初始化ADC 校准寄存器   */
  35. 	ADC_ResetCalibration(ADCx);
  36. 	/*等待校准寄存器初始化完成 */
  37. 	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADCx));	
  38. 	/* ADC开始校准*/
  39. 	ADC_StartCalibration(ADCx);
  40. 	/*等待校准完成 */
  41. 	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));
  42. 	
  43. 	/* 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换  */
  44. 	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);
  45. }

记得配置ADC初始化函数，将上述配置放在一个函数ADCx_Init()里

  1. void ADCx_Init(void)
  2. {
  3. 	ADCx_GPIO_Config();
  4.   ADC_NVIC_Config();
  5. 	ADCx_Mode_Config();	
  6. }

4.中断函数

但到这里我们的中断配置还没结束！！重点！！易踩坑！！

我们还需要在stm32f10x_it.c的文件里面加上新的中断服务函数 ADC_IRQHandler_FUN()，记得加上头文件，例如：

  1. #include "bsp/adc/bsp_adc.h"
  2.  
  3. __IO uint16_t ADC_ConvertedValue;
  4.  
  5. void ADC_IRQHandler_FUN(void)
  6. {
  7.   if(ADC_GetITStatus(ADCx,ADC_IT_EOC)!=RESET)
  8.   {
  9.     ADC_ClearITPendingBit(ADCx,ADC_IT_EOC);
  10.     /* 读取ADC的转换值 */
  11.     ADC_ConvertedValue = ADC_GetConversionValue(ADCx);
  12.     
  13.   }
  14. }

5.串口发送函数

主要是讲电压数据发送到XCOM串口助手中，运用到printf（）函数，这边可以看发过的这篇文章

STM32（九）：USART串口通信 （标准库函数）-CSDN博客

三、实操代码

程序分为3个文件：bsp_adc.c、bsp_adc.h、main.c

1.bsp_adc.c  

  1. /* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
  2. #include "bsp/adc/bsp_adc.h"
  3.  
  4. /**
  5.   * 函数功能: ADC GPIO 初始化
  6.   */
  7. static void ADCx_GPIO_Config(void)
  8. {
  9. 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  10. 	
  11. 	/* 打开 ADC IO端口时钟 */
  12. 	ADC_APBxClock_FUN(ADC_GPIO_CLK, ENABLE );	
  13. 	/* 配置 ADC IO 引脚模式 */
  14. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_PIN;
  15. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;	
  16. 	/* 初始化 ADC IO */
  17. 	GPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);				
  18. }
  19.  
  20. /**
  21.   * 函数功能: 配置ADC工作模式
  22.   */
  23. static void ADCx_Mode_Config(void)
  24. {
  25. 	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;	
  26. 	/* 打开ADC时钟 */
  27. 	ADC_APBxClock_FUN(ADC_CLK,ENABLE );	
  28. 	/* ADC 模式配置 */
  29. 	/* 只使用一个ADC，属于单模式 */
  30. 	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	
  31. 	/* 禁止扫描模式，多通道才要，单通道不需要 */
  32. 	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE ; 
  33. 	/* 连续转换模式 */
  34. 	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
  35. 	/* 不用外部触发转换，软件开启即可 */
  36. 	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
  37. 	/* 转换结果右对齐 */
  38. 	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	
  39. 	/* 转换通道1个 */
  40. 	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;			
  41. 	/* 初始化ADC */
  42. 	ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStructure);
  43. 	
  44. 	/* 配置ADC时钟为PCLK2的8分频，即9MHz */
  45. 	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
  46. 	
  47. 	/* 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 */
  48. 	ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
  49. 	
  50. 	/* ADC 转换结束产生中断，在中断服务程序中读取转换值 */
  51. 	ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC, ENABLE);
  52. 	
  53. 	/* 开启ADC ，并开始转换 */
  54. 	ADC_Cmd(ADCx, ENABLE);
  55. 	
  56. 	/* 初始化ADC 校准寄存器   */
  57. 	ADC_ResetCalibration(ADCx);
  58. 	/*等待校准寄存器初始化完成 */
  59. 	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADCx));	
  60. 	/* ADC开始校准*/
  61. 	ADC_StartCalibration(ADCx);
  62. 	/*等待校准完成 */
  63. 	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));
  64. 	
  65. 	/* 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换  */
  66. 	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);
  67. }
  68.  
  69. /**
  70.   * 函数功能: NVIC配置：ADC中断优先级配置
  71.   */
  72. static void ADC_NVIC_Config(void)
  73. {
  74.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  75.    /* 配置中断优先级 */  
  76.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ADCx_IRQ;
  77. 	 /* 设置抢占式优先级为0 */
  78.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
  79. 	 /* 设置子优先级为0 */
  80.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
  81. 	 /* 使能外部中断通道 */
  82.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  83. 	 /* 初始化配置嵌套向量中断控制器 */
  84.   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  85. }
  86.  
  87. /**
  88.   * 函数功能: ADC初始化
  89.   */
  90. void ADCx_Init(void)
  91. {
  92. 	ADCx_GPIO_Config();
  93.   ADC_NVIC_Config();
  94. 	ADCx_Mode_Config();	
  95. }
  96.

2.bsp_adc.h 

  1. #ifndef __ADC_H__
  2. #define	__ADC_H__
  3.  
  4. /* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
  5. #include <stm32f10x.h>
  6.  
  7.  
  8. // 注意：用作ADC采集的IO必须没有复用，否则采集电压会有影响
  9.  
  10. /********************ADC输入通道（引脚）配置**************************/
  11. #define    ADC_APBxClock_FUN             RCC_APB2PeriphClockCmd
  12.  
  13. #define    ADCx                          ADC3
  14. #define    ADC_CLK                       RCC_APB2Periph_ADC3
  15. #define    ADCx_IRQ                      ADC3_IRQn
  16. #define    ADC_IRQHandler_FUN            ADC3_IRQHandler
  17.  
  18. #define    ADC_GPIO_CLK                  RCC_APB2Periph_GPIOC  
  19. #define    ADC_PORT                      GPIOC
  20.  
  21. #define    ADC_PIN                       GPIO_Pin_0        // 连接至板载精密可调电阻(需加跳帽)
  22. #define    ADC_CHANNEL                   ADC_Channel_10    // 连接至板载精密可调电阻(需加跳帽)
  23. //#define    ADC_PIN                       GPIO_Pin_1        // 连接至板载光敏电阻(需加跳帽)
  24. //#define    ADC_CHANNEL                   ADC_Channel_11    // 连接至板载光敏电阻(需加跳帽)
  25.                                       
  26. /* 扩展变量 ------------------------------------------------------------------*/
  27. /* 函数声明 ------------------------------------------------------------------*/
  28. void ADCx_Init(void);
  29.  
  30. #endif /* __ADC_H__ */
  31.  
  32.

3.main.c 

  1. /* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
  2. #include "stm32f10x.h"
  3.  
  4. #include "stm32f10x.h"
  5. #include "bsp/led/bsp_led.h"
  6. #include "bsp/key/bsp_key.h"
  7. #include "bsp/delay/delay.h"
  8. #include "bsp/systick/bsp_SysTick.h"
  9. #include "bsp/GeneralTIM/bsp_GeneralTIM.h" 
  10. #include "bsp/adc/bsp_adc.h"
  11.  
  12.  
  13. /* 用于保存转换计算后的电压值 */	 
  14. float ADC_ConvertedValueLocal;   
  15.  
  16. /* 扩展变量 ------------------------------------------------------------------*/
  17. extern __IO uint16_t ADC_ConvertedValue;
  18. /* 私有函数原形 --------------------------------------------------------------*/
  19. static void Delay(uint32_t time);
  20.  
  21.  
  22. /**
  23.   * 函数功能: 主函数.
  24.   */
  25. int main(void)
  26. {  
  27.   /* 调试串口初始化配置，115200-N-8-1.使能串口发送和接受 */
  28.   USARTx_Init(); 
  29.   
  30.   /* ADC 初始化 */
  31. 	ADCx_Init();
  32.   
  33.   /* 调用格式化输出函数打印输出数据 */
  34.   printf("----这是一个ADC单通道电压采集实验-----\n"); 
  35.   
  36.   /* 无限循环 */
  37.   while (1)
  38.   { 
  39.     ADC_ConvertedValueLocal =(float)ADC_ConvertedValue*3.3/4096; 
  40. 	
  41. 		printf("AD转换原始值 = 0x%04X \r\n", ADC_ConvertedValue); 
  42. 		printf("计算得出电压值 = %f V \r\n",ADC_ConvertedValueLocal); 
  43.     
  44.     Delay(1000);
  45.   }
  46. }
  47.

四、实验效果

ADC电压检测

参考博客：

STM32—ADC详解_stm32最好可设置几个模拟通道-CSDN博客

结束语

本文以STM32VET6为例讲解了如何用STM32单片机中ADC进行电位检测，并发送到XCOM串口中显示，并指出其中的易坑点。希望对大家有所帮助！如果还有什么问题，欢迎评论区留言，谢谢！

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