STM32嵌入式系统中的ADC数据采集与电压转换实战指南_单片机嵌入式内数据采集与导出

目录

引言

第一部分：准备工作

1. 硬件选择：

2.开发环境搭建：

3. 基础知识复习：

第二部分：硬件连接

1. 电源与地连接：

2. 模拟输入配置：

3. 参考电压设置：

第三部分：软件配置

1. 初始化ADC模块：

2. 中断处理：

3. 数据采集函数编写：

第四部分：数据处理与电压输出

1. 数据校准：

2. 电压计算：

3. 输出接口配置：

第五部分：实战演练

1. 示例代码分析：

ADC.C文件

ADC.h文件

主函数main

注意事项

结语

---

引言

在现代电子工程领域，嵌入式系统扮演着至关重要的角色。STM32微控制器，作为嵌入式系统中的明星产品，其内置的ADC模块为我们提供了从现实世界获取模拟信号的能力。本文将带领读者一步步了解如何在STM32上实现高效的数据采集，并将这些数据转换为电压输出，以便进一步处理或显示。

第一部分：准备工作

1. 硬件选择：

首先，我们需要选择合适的STM32微控制器，考虑到ADC通道数量、分辨率以及性能需求。

2.开发环境搭建：

安装并配置STM32CubeIDE或其他集成开发环境（IDE），准备进行软件开发。

3. 基础知识复习：

ADC的工作原理，理解分辨率、采样速率和转换时间等关键概念。ADC的分辨率决定了ADC能够区分的最小电压变化。例如，一个12位的ADC可以区分1/4096的电压变化。

下图为ADC的工作原理

第二部分：硬件连接

1. 电源与地连接：

确保微控制器的电源稳定，正确连接VDD和VSS。

2. 模拟输入配置：

将待测量的模拟信号连接到ADC输入通道，注意避免干扰。

3. 参考电压设置：

配置外部或内部参考电压源，这是ADC转换的基准。ADC能够测量的电压范围，一般情况下，ADC引脚的输入电压是从0至VDD，如果有REF引脚，一般是0至Vref，也有0至2Vref的情况。

第三部分：软件配置

1. 初始化ADC模块：

在此之前需要建立一个变量用于存放转换后的数据

void ADC_init(void)
{
	
	    GPIO_InitTypeDef gpio_info;	
		ADC_CommonInitTypeDef adc_common_info;
		ADC_InitTypeDef adc_Init_info;
		NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;
		
//初始化ADC
//1.初始化引脚  PC3
		RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC,ENABLE);
    
    gpio_info.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
    gpio_info.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    gpio_info.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
    gpio_info.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    gpio_info.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed;  
    GPIO_Init(GPIOC,&gpio_info);
		
//初始化ADC时钟
		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
//2.初始化ADC common
 
		adc_common_info.ADC_DMAAccessMode  =  ADC_DMAAccessMode_Disabled; //不适用DMA
		adc_common_info.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //独立模式
		adc_common_info.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div6;
		adc_common_info.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_10Cycles;
		ADC_CommonInit(&adc_common_info);
		
//3.初始
		adc_Init_info.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//使用连续转换模式，mcu会自动进行多次转换
		adc_Init_info.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据右对齐
		adc_Init_info.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1;//外部触发源
		adc_Init_info.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//不使用外部触发源
		adc_Init_info.ADC_NbrOfConversion = 1;//只转换PC3一个通道，所以写1
		adc_Init_info.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;
		adc_Init_info.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//只有一个采集通道不用扫描
		ADC_Init(ADC1,&adc_Init_info);
		
//4，配置转换通道
		//PC3引脚对应
		ADC_RegularChannelConfig(ADC1 ,ADC_Channel_13,1,ADC_SampleTime_56Cycles);		
		
		//5.开启中断，这样当ADC转换完成之后能立即通知用户
		ADC_ITConfig(ADC1,ADC_IT_EOC,ENABLE);
		
		
//5.1配置中断优先级
		NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =  ADC_IRQn;   //PA0 对应的是EXTI0_IRQn
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//主优先级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//子优先级
		NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
		
//6.使能ADC
		ADC_Cmd(ADC1 ,ENABLE);
	
//7.启动开始进行转换
		ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
		
}
 

2. 中断处理：

如果需要，设置中断服务程序，以便在转换完成后及时处理数据。

void ADC_IRQHandler()
{
	//判断是不是ADC1转换完成中断
	if(ADC_GetITStatus(ADC1 ,ADC_IT_EOC)==SET)
	{
		//读取ADC转换得到的数值	
		adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1);
		//清除中断标志
		ADC_ClearITPendingBit(ADC1,ADC_IT_EOC );
	}
 
}

3. 数据采集函数编写：

创建一个函数，用于启动ADC转换并读取转换后的数据。

uint16_t ADC_GetValue(void)
{
	return adc_value;
}

第四部分：数据处理与电压输出

1. 数据校准：

对采集到的数据进行校准，消除系统误差。

2. 电压计算：

根据ADC的分辨率和参考电压，将数字值转换为实际电压值。本文采用12位ADC

DCV = (ADC_GetValue() * 3.3f) / 4096.0f; // 4096是12位ADC的最大数值

3. 输出接口配置：

选择适当的输出接口，如USART、LCD或DAC，将电压数据显示或输出。

第五部分：实战演练

1. 示例代码分析：

ADC.C文件

uint16_t adc_value = 0;//保存ADC转换得到的数据
 
void ADC_IRQHandler()
{
	//判断是不是ADC1转换完成中断
	if(ADC_GetITStatus(ADC1 ,ADC_IT_EOC)==SET)
	{
		//读取ADC转换得到的数值	
		adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1);
		//清除中断标志
		ADC_ClearITPendingBit(ADC1,ADC_IT_EOC );
	}
 
}
 
uint16_t ADC_GetValue(void)
{
	return adc_value;
}
 
void ADC_init(void)
{
	
	  GPIO_InitTypeDef gpio_info;	
		ADC_CommonInitTypeDef adc_common_info;
		ADC_InitTypeDef adc_Init_info;
		NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;
		
//初始化ADC
//1.初始化引脚  PC3
		RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC,ENABLE);
    
    gpio_info.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
    gpio_info.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    gpio_info.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
    gpio_info.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    gpio_info.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed;  
    GPIO_Init(GPIOC,&gpio_info);
		
//初始化ADC时钟
		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
//2.初始化ADC common
 
		adc_common_info.ADC_DMAAccessMode  =  ADC_DMAAccessMode_Disabled; //不适用DMA
		adc_common_info.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //独立模式
		adc_common_info.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div6;
		adc_common_info.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_10Cycles;
		ADC_CommonInit(&adc_common_info);
		
//3.初始
		adc_Init_info.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//使用连续转换模式，mcu会自动进行多次转换
		adc_Init_info.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据右对齐
		adc_Init_info.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1;//外部触发源
		adc_Init_info.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//不使用外部触发源
		adc_Init_info.ADC_NbrOfConversion = 1;//只转换PC3一个通道，所以写1
		adc_Init_info.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;
		adc_Init_info.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//只有一个采集通道不用扫描
		ADC_Init(ADC1,&adc_Init_info);
		
//4，配置转换通道
		//PC3引脚对应
		ADC_RegularChannelConfig(ADC1 ,ADC_Channel_13,1,ADC_SampleTime_56Cycles);		
		
		//5.开启中断，这样当ADC转换完成之后能立即通知用户
		ADC_ITConfig(ADC1,ADC_IT_EOC,ENABLE);
		
		
//5.1配置中断优先级
		NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =  ADC_IRQn;   //PA0 对应的是EXTI0_IRQn
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//主优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//子优先级
		NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
		
//6.使能ADC
		ADC_Cmd(ADC1 ,ENABLE);
	
//7.启动开始进行转换
		ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
		
}

ADC.h文件

#ifndef _ADC_H_
#define _ADC_H_
 
#include "stm32F4xx.h"
 
uint16_t ADC_GetValue(void);
void ADC_init(void);
 
#endif

主函数main

int main(void)
{
		
		GPIO_InitTypeDef gpio_info;	
		Delay_init();
		ADC_init();
		ADC_GetValue();
		UART_Init(115200);
	
		USART_Cmd(USART1,ENABLE);	
		RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOI,ENABLE);
		
    while(1)
		{
			float DVC=ADC_GetValue();
			printf( "%.2f\r\n",DVC/4096*3.3);
			Delay_ms (100);
		}
 
}
 

注意事项

- 确保参考电压稳定且准确，因为它直接影响到电压转换的准确性。
- 如果输入电压超出ADC的规定范围，可能需要使用外部电路（如运算放大器和分压器）来调整电压水平。
- 在某些应用中，可能还需要考虑ADC的线性误差、温漂和噪声等因素，以提高测量的精度。

结语

通过本文的指导，相信读者已经对STM32嵌入式系统中的ADC数据采集与电压输出有了深入的理解。实践是检验真理的唯一标准，建议读者动手实验，不断优化自己的设计。未来，随着技术的进步和应用场景的拓展，我们期待看到更多创新的应用案例。