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STM32-模数转化器

作者：凡人多烦事01 | 2024-04-11 09:56:57

踩

STM32-模数转化器

ADC(Analog-to-Digital Converter) 指模数转换器。是指将连续变化的模拟信号转换

为离散的数字信号的器件。

ADC相关参数说明：

分辨率：

分辨率以二进制（或十进制）数的位数来表示，一般有 8 位、10 位、12 位、16

位等，它说明模数转换器对输入信号的分辨能力，位数越多，表示分辨率越高，恢复模拟信

号时会更精确。

精度：

精度表示 ADC 器件在所有的数值点上对应的模拟值和真实值之间的最大误差值，

也就是输出数值偏离线性最大的距离。

转换速率：

转换速率是指 A/D 转换器完成一次从模拟到数字的 AD 转换所需时间的倒数。例

如，某 A/D 转换器的转换速率为 1MHz，则表示完成一次 AD 转换时间为 1 微秒。

7.1、STM32ADC介绍

是12bit逐次逼近型模拟数字转换器，有多达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。

模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。 ADC的输入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2经分频产生。

ADC供电要求：2.4V到3.6V

ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+‘

7.2、ADC框架

组成部分：

7.2.1、ADC引脚 对于stm32f103系列单片机来讲，能测量的转化的电压范围0-3.3V。

注：超出转换测量范围需要额外增加外围电路，使其电压范围纠正到0-3.3V内，然后再进行转换测量。

引脚

7.2.2、ADC输入通道

ADC有16个外部输入通道和2路内部通道（温度传感器、内部参考电压）。

16个通道对应两种转换组：规则组和注入组，经由规则通道和注入通道转换，转换后

的数据写入对应的规则通道数据寄存器和注入通道数据寄存器*4

规则组：由多达16个转换组成

注入组：由多达4个转换组成

一般情况下我们都使用的是规则通道进行转换，转化顺序和转化总数由ADC_SQRx寄

存器进行设置；注入通道是在规则通道转换的时候强行插入的转换通道，转化顺序和转化总

数由ADC_JSQR寄存器进行设置。

利用外部触发或通过设置ADC_CR2寄存器的ADON位，启动一组规则通道的转换后。

如果在规则通道转换期间产生一外部注入触发，当前转换被复位，注入通道序列被以单次扫

描方式进行转换，然后恢复上次被中断的规则组通道转换；如果在注入转换期间产生一规则

事件，注入转换不会被中断，但是规则序列将在注入序列结束后被执行。

转换模式包括：单次转换模式、连续转换模式、间断模式和扫描模式。具体参考数据手册

11.3.4、11.3.5、11.3.8、11.3.10

对齐方式 ：由于ADC为12bit精度，寄存器有效位16位，所有会涉及对齐方式：左对齐和右

对齐

DMA请求：因为规则通道转换的值储存在一个仅有的数据寄存器中，所以当转换多个规则

通道时需要使用DMA，这可以避免丢失已经存储在ADC_DR寄存器中的数据。

只有在规则通道的转换结束时才产生DMA请求，并将转换的数据从ADC_DR寄存器传输到

用户

指定的目的地址。

通道，和内部通道（温度传感器和Vrefint即参考电压通道）

7.2.3、ADC时钟

ADC时钟

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：

TCONV = 采样时间+ 12.5个周期

例如：采样周期设置为1.5周期

TCONV = 1.5+12.5 = 14个周期

频率为14MHz时，转换一次的时间为1us

7.2.4、触发转换方式

转换可以由外部事件触发(例如定时器捕获，EXTI线)。如果设置了EXTTRIG控制位，则

外部事

件就能够触发转换。EXTSEL[2:0]和JEXTSEL2:0]控制位允许应用程序选择8个可能的事件中

的

某一个，可以触发规则和注入组的采样

7.2.5、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。

转换结束以后可以触发中断，中断事件送至NVIC，切断中断控制器进行管理，最终给到cpu进行处理

7.2.6、双ADC模式

在有2个或以上ADC模块的产品中，可以使用双ADC模式，在双ADC模式里，根据

ADC1_CR1寄存器中DUALMOD[2:0]位所选的模式，转换的启动可以是ADC1主和ADC2从

的交替触发或同步触发。

共有6种可能的模式：

─ 同步注入模式

─ 同步规则模式

─ 快速交叉模式 ─ 慢速交叉模式

─ 交替触发模式

─ 独立模式

还有可以用下列方式组合使用上面的模式：

─ 同步注入模式 + 同步规则模式

─ 同步规则模式 + 交替触发模式

─ 同步注入模式 + 交叉模式

7.3、STM32ADC固件库函数介绍

7.3.1、ADC初始化

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

ADC初始化结构体：

1 typedef struct

2 {

3 uint32_t ADC_Mode ; // 工作模式

4 FunctionalState ADC_ScanConvMode ; //ADC 扫描（多通道）使能 / 失能

5 FunctionalState ADC_ContinuousConvMode ; // 连续转换使能 / 失能

6 uint32_t ADC_ExternalTrigConv ; //ADC 触发信号选择

7 uint32_t ADC_DataAlign ; //ADC 数据对齐模式

8 uint8_t ADC_NbrOfChannel ; //ADC 采集通道

9 }

1、ADC_Mode

1 ADC_Mode_Independent //ADC1 和 ADC2 工作在独立模式

2 ADC_Mode_RegInjecSimult //ADC1 和 ADC2 工作在同步规则和同步注入模式

3 ADC_Mode_RegSimult_AlterTrig //ADC1 和 ADC2 工作在同步规则模式和交替触发模式

4 ADC_Mode_InjecSimult_FastInterl //ADC1 和 ADC2 工作在同步规则模式和快速交替模式

5 ADC_Mode_InjecSimult_SlowInterl //ADC1 和 ADC2 工作在同步注入模式和慢速交替模式

6 ADC_Mode_InjecSimult //ADC1 和 ADC2 工作在同步注入模式

7 ADC_Mode_RegSimult //ADC1 和 ADC2 工作在同步规则模式

8 ADC_Mode_FastInterl //ADC1 和 ADC2 工作在快速交替模式

9 ADC_Mode_SlowInterl //ADC1 和 ADC2 工作在慢速交替模式

10 ADC_Mode_AlterTrig //ADC1 和 ADC2 工作在交替触发模式

2、ADC_ScanConvMode

1 //ADC 的扫描模式 , 不断扫描 ADC1,2,3, 扫描多用在多通道上

2 ENABLE

3 DISABLE

3、ADC_ContinuousConvMode 1 // 连续转换模式 ,ADC 通道连续采集 , 一次采集转化完继续采集

2 ENABLE

3 DISABLE

4、ADC_ExternalTrigConv

1 // 外部触发转换选择

2 ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1 // 选择定时器 1 的捕获比较 1 作为转换外部触发

3 ADC_ExternalTrigConv_T1_CC2 // 选择定时器 1 的捕获比较 2 作为转换外部触发

4 ADC_ExternalTrigConv_T1_CC3 // 选择定时器 1 的捕获比较 3 作为转换外部触发

5 ADC_ExternalTrigConv_T2_CC2 // 选择定时器 2 的捕获比较 2 作为转换外部触发

6 ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO // 选择定时器 3 的 TRGO 作为转换外部触发

7 ADC_ExternalTrigConv_T4_CC4 // 选择定时器 4 的捕获比较 4 作为转换外部触发

8 ADC_ExternalTrigConv_Ext_IT11 // 选择外部中断线 11 事件作为转换外部触发

9 ADC_ExternalTrigConv_None // 转换由软件而不是外部触发启动

5、ADC_DataAlign

1 #define ADC_DataAlign_Right (( uint32_t ) 0x00000000 )

2 #define ADC_DataAlign_Left (( uint32_t ) 0x00000800 )

6、ADC_NbrOfChannel

1 ADC 要转化的通道数目 , 可以设置为 1 ‐ 16

7.3.2、使能/失能ADC外设

1 void ADC_Cmd ( ADC_TypeDef * ADCx , FunctionalState NewState )

7.3.3、使能/失能ADC的DMA功能

1 void ADC_DMACmd ( ADC_TypeDef * ADCx , FunctionalState NewState )

7.3.4、ADC中断功能配置

1 void ADC_ITConfig ( ADC_TypeDef * ADCx , uint16_t ADC_IT , \

2 FunctionalState NewState )

@arg ADC_IT_EOC: End of conversion interrupt mask

@arg ADC_IT_AWD: Analog watchdog interrupt mask

@arg ADC_IT_JEOC: End of injected conversion interrupt mask

7.3.5、ADC获取转换值

1 uint16_t ADC_GetConversionValue ( ADC_TypeDef * ADCx );

7.3.6、ADC获取和清除中断标志

1 ITStatus ADC_GetITStatus ( ADC_TypeDef * ADCx , uint16_t ADC_IT );

2 void ADC_ClearITPendingBit ( ADC_TypeDef * ADCx , uint16_t ADC_IT );

7.3.7、ADC预分频配置

1 void RCC_ADCCLKConfig ( uint32_t RCC_PCLK2 )

@arg RCC_PCLK2_Div2: ADC clock = PCLK2/2 @arg RCC_PCLK2_Div4: ADC clock = PCLK2/4

@arg RCC_PCLK2_Div6: ADC clock = PCLK2/6

@arg RCC_PCLK2_Div8: ADC clock = PCLK2/8

7.3.8、ADC使能/失能软件触发转换

1 void ADC_SoftwareStartConvCmd ( ADC_TypeDef * ADCx , FunctionalState

NewState )

7.3.9、ADC使能/失能外部触发转换

1 void ADC_ExternalTrigConvCmd ( ADC_TypeDef * ADCx , FunctionalState NewState )

7.3.10、ADC规则转换通道配置

1 void ADC_RegularChannelConfig ( ADC_TypeDef * ADCx , uint8_t ADC_Channel , \

2 uint8_t Rank , \uint8_t ADC_SampleTime )

ADC_Channel：

1 @arg ADC_Channel_0 : ADC Channel0 selected

2 @arg ADC_Channel_1 : ADC Channel1 selected

3 @arg ADC_Channel_2 : ADC Channel2 selected

4 @arg ADC_Channel_3 : ADC Channel3 selected

5 @arg ADC_Channel_4 : ADC Channel4 selected

6 @arg ADC_Channel_5 : ADC Channel5 selected

7 @arg ADC_Channel_6 : ADC Channel6 selected

8 @arg ADC_Channel_7 : ADC Channel7 selected

9 @arg ADC_Channel_8 : ADC Channel8 selected

10 @arg ADC_Channel_9 : ADC Channel9 selected

11 @arg ADC_Channel_10 : ADC Channel10 selected

12 @arg ADC_Channel_11 : ADC Channel11 selected

13 @arg ADC_Channel_12 : ADC Channel12 selected

14 @arg ADC_Channel_13 : ADC Channel13 selected

15 @arg ADC_Channel_14 : ADC Channel14 selected

16 @arg ADC_Channel_15 : ADC Channel15 selected

17 @arg ADC_Channel_16 : ADC Channel16 selected

18 @arg ADC_Channel_17 : ADC Channel17 selected

Rank：通道采样顺序：1-16

ADC_SampleTime：

1 @arg ADC_SampleTime_1Cycles5 : Sample time equal to 1.5 cycles

2 @arg ADC_SampleTime_7Cycles5 : Sample time equal to 7.5 cycles

3 @arg ADC_SampleTime_13Cycles5 : Sample time equal to 13.5 cycles

4 @arg ADC_SampleTime_28Cycles5 : Sample time equal to 28.5 cycles 5 @arg ADC_SampleTime_41Cycles5 : Sample time equal to 41.5 cycles

6 @arg ADC_SampleTime_55Cycles5 : Sample time equal to 55.5 cycles

7 @arg ADC_SampleTime_71Cycles5 : Sample time equal to 71.5 cycles

8 @arg ADC_SampleTime_239Cycles5 : Sample time equal to 239.5 cycles

7.4、ADC实例

7.4.1、ADC单通道中断采集

1、ADC通道初始化

需要知道那些功能模块调用初始化函数

引脚先看原理图，先查看模拟量接到了那个通道上了，你接到了那个通道就对那个通道进行采集

比如ADC1/2使用ps4通道,设置ps4的引脚为模拟输入的引脚，还需要开启gpio的时钟就需要调用gdc的初始化函数，开启ADC的时钟转换完成，触发中断，NVIC也需要配置

使用的ADC1的通道4的pA4引脚，

开启对应的时钟，ADC1，GPIOA的时钟在APB2总线上

对ADC1的总线时钟进行分频，最大14m

gpio设置，gpio引脚为gpiopin4，模式为模拟输入的模式

设置初始化结构体，模式为独立模式；扫描转换模式关掉了；连续转换设置为使能了；外部触发事件关掉了；对齐方式选择为右对齐；转换的通道模式为1,；

开启中断的转换通道，设置为ADC1，通道4，1是转换顺序设置为第一次转换，转换的周期为1.5个周期

转换完成中断

使能了ADC

配置了NVIC，设置了NVIC的优先级

初始化好ADC通道，通过软件的方式开启ADC的模式转换，将转换好的结果存放到数据寄存器中，触发一个中断

到ADC中断中判断规则转换是否完成，如果是转换完成，就去读它的数据值，读取成功后赋值给一个变量，最终去清除转换的标志位

将读到的值转换成电压值，将转换的电压值通过串口的方式读取出来看有没有问题

7.4.2、ADC多通道DMA采集

配置pa4和pa5的两个引脚，再配置adc1和adc5；再开启dma的方式，通过的dma的方式将数据存放到内存上，不需要开启中断功能

开启时钟，开发ADC1的时钟，开启GPIOA的时钟到APB2上，还要开启DMA1的时钟

查看DMA1的配置，ADC1对应ADC1通道

再配置gpio4和5，这两个引脚是模拟输入的功能，

配置ADC，模式为独立模式；扫描转换模式开启了多通道扫描；开启了连续采集的功能；外部触发事件关掉了；对齐方式选择为右对齐；通道数为2；

规则通道的配置，ADC1和5，周期都是1.5个周期；转换顺序是先转换4再去转换2

开启ADC1的DMA功能，再开启ADC1

关闭了NVIC功能

开启了DMA功能

设置了DMA的外设的地址，ADC的DR的地址，将DR的值读到内存上

内存的地址，放两个转换好的值

外设的方向设置为把这个外设作为圆，从ADC1的dr中拷贝数据到内存中

buffer的大小为2个，两个通道为2

外设的地址是否递增关掉了

使能了内存的递增

ADC1的DR寄存器再转换通道4和通道5，又先后的顺序，先转换通道4再转换通道5，转换完通道4的数据就存放到DR寄存器中，再开启DMA功能，我们会把数据存放到指定的内存上，开辟的内存是定义的一个数组，把内存的地址给它，它通过DMA的方式将数据从DR上存放到数组里面，这个内存地址递增，转换通道5，转换通道5的数据存放到DR寄存器上，我们在通过DMA的方式将数据从DR上存放到数组中，转换完一次我们就可以读内存的数据了

一次拷贝的地址大小为16bit位的数据

开启的DMA模式为循环模式，循环的模式采集和读取模式

DMA的内存拷贝关掉

初始化dma通道成功

开启DMA通道为dma1

dma和ADC1初始化好了，就可以去读取DR中的数据到内存中，读取通道中断数据到数组中进行计算就是转换后的dr值，再去测量电压值，完成多通道的adc的采集

接线方式

接入的pa4和pa5，可以通过滑动电阻调节电阻

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