STM32F103ZE_ADC笔记

ADC介绍

12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有多达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特性

● 12位分辨率

● 转换结束、注入转换结束和发生模拟看门狗事件时产生中断

● 单次和连续转换模式

● 从通道0到通道n的自动扫描模式

● 自校准 ● 带内嵌数据一致性的数据对齐

● 采样间隔可以按通道分别编程

● 规则转换和注入转换均有外部触发选项

● 间断模式

● 双重模式(带2个或以上ADC的器件)

● ADC转换时间：

─ STM32F103xx增强型产品：时钟为56MHz时为1μs(时钟为72MHz为1.17μs)

● ADC供电要求：2.4V到3.6V

● ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+

● 规则通道转换期间有DMA请求产生。

ADC功能描述

1.ADC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 VREF+和 VDDA 接 3V3，得到ADC 的输入电压范围为： 0~3.3V。

2.输入通道

ADC的信号输入就是通过通道来实现的，信号通过通道输入到单片机中，单片机经过转换后，将模拟信号输出为数字信号。STM32中的ADC有着18个通道，其中外部的16个通道已经在框图中标出，如下：

ADC的全部通道：

外部的16个通道在转换时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。
规则通道

规则通道顾名思义即最常用的通道，单个使用ADC转换都是用规则通道实现的。
注入通道

规则通道相当于你正常运行的程序,而注入通道呢,就相当于"中断"。在你的程序正常执行的时候,中断是可以打断你的执行的。同这个类似,注入通道的转换可以打断规则通道的转换,在注入通道被转换完成之后,规则通道才得以继续转换。

3.转换顺序

有16个多路通道。可以把转换组织成两组：规则组和注入组。在任意多个通道上以任意顺序进 行的一系列转换构成成组转换。例如，可以如下顺序完成转换：通道3、通道8、通道2、通道 2、通道0、通道2、通道2、通道15。

● 规则组由多达16个转换组成。规则通道和它们的转换顺序在ADC_SQRx寄存器中选择。规 则组中转换的总数应写入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]位中。

● 注入组由多达4个转换组成。注入通道和它们的转换顺序在ADC_JSQR寄存器中选择。注入 组里的转换总数目应写入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]位中。

如果ADC_SQRx或ADC_JSQR寄存器在转换期间被更改，当前的转换被清除，一个新的启动脉 冲将发送到ADC以转换新选择的组。

规则通道转换顺序
规则通道中的转换顺序由三个寄存器控制：SQR1、SQR2、SQR3，它们都是32位寄存器。SQR寄存器控制着转换通道的数目和转换顺序，只要在对应的寄存器位SQx中写入相应的通道，这个通道就是第x个转换。

注入通道转换顺序
和规则通道转换顺序的控制一样，注入通道的转换也是通过注入寄存器来控制，只不过只有一个JSQR寄存器来控制，控制关系如下：

需要注意的是，只有当JL=4的时候，注入通道的转换顺序才会按照JSQ1、JSQ2、JSQ3、JSQ4的顺序执行。当JL=3时，执行顺序为：JSQ2、JSQ3、JSQ4。当JL=2时，执行顺序为：JSQ3、JSQ4。当JL=1时，执行顺序为：JSQ4。

4.触发源

ADC转换的输入、通道、转换顺序都已经说明了，但ADC转换是怎么触发的呢？就像通信协议一样，都要规定一个起始信号才能传输信息，ADC也需要一个触发信号来实行模/数转换。
其一就是通过直接配置寄存器触发，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，比较好理解。
另外，还可以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。
ADC_CR2寄存器的详情如下：
 

5.转换时间

ADC的每一次信号转换都要时间，这个时间就是转换时间，转换时间由输入时钟和采样周期来决定。
输入时钟
由于ADC在STM32中是挂载在APB2总线上的，所以ADC得时钟是由PCLK2（72MHz）经过分频得到的，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。(ADC的输入时钟不得超过14MHz)
采样周期

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。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，但最小的采样周期是1.5个周期，也就是说如果想最快时间采样就设置采样周期为1.5.
转换时间

转换时间= 采样时间+ 12.5个周期

例：当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5周期 TCOnV= 1.5 + 12.5 = 14周期 = 1μs

6.数据寄存器

转换完成后的数据就存放在数据寄存器中，但数据的存放也分为规则通道转换数据和注入通道转换数据的。
规则数据寄存器
规则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。

当使用ADC独立模式（也就是只使用一个ADC，可以使用多个通道）时，数据存放在低16位中，当使用ADC多模式时高16位存放ADC2的数据。需要注意的是ADC转换的精度是12位，而寄存器中有16个位来存放数据，所以要规定数据存放是左对齐还是右对齐。

当使用多个通道转换数据时，会产生多个转换数据，然鹅数据寄存器只有一个，多个数据存放在一个寄存器中会覆盖数据导致ADC转换错误，所以我们经常在一个通道转换完成之后就立刻将数据取出来，方便下一个数据存放。一般开启DMA模式将转换的数据，传输在一个数组中，程序对数组读操作就可以得到转换的结果。

注入数据寄存器
注入通道转换的数据寄存器有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。 ADC_JDRx 是 32 位的，低 16 位有效，高 16 位保留，数据同样分为左对齐和右对齐，具体是以哪一种方式存放，由ADC_CR2 的 11 位 ALIGN 设置。

7.中断

从框图中可以知道数据转换完成之后可以产生中断，有三种情况：
规则通道转换完成中断
规则通道数据转换完成之后，可以产生一个中断，可以在中断函数中读取规则数据寄存器的值。这也是单通道时读取数据的一种方法。
注入通道转换完成中断
注入通道数据转换完成之后，可以产生一个中断，并且也可以在中断中读取注入数据寄存器的值，达到读取数据的作用。
模拟看门狗事件
当输入的模拟量（电压）不再阈值范围内就会产生看门狗事件，就是用来监视输入的模拟量是否正常。
以上中断的配置都由ADC_SR寄存器决定：

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。

注： ADC1和ADC2的中断映射在同一个中断向量上，而ADC3的中断有自己的中断向量。 ADC_SR寄存器中有2个其他标志，但是它们没有相关联的中断：

● JSTRT(注入组通道转换的启动)

● STRT(规则组通道转换的启动)

8.电压转换

转换后的数据是一个12位的二进制数，我们需要把这个二进制数代表的模拟量（电压）用数字表示出来。

比如测量的电压范围是0~3.3V，转换后的二进制数是x，因为12位ADC在转换时将电压的范围大小也就是3.3分为4096份，所以真实电压的计算方法就是：y=3.3* x / 4096

9.数据对齐

ADC_CR2寄存器中的ALIGN位选择转换后数据储存的对齐方式。数据可以左对齐或右对齐。

注入组通道转换的数据值已经减去了在ADC_JOFRx寄存器中定义的偏移量，因此结果可以是一 个负值。

SEXT位是扩展的符号值。 对于规则组通道，不需减去偏移值，因此只有12个位有效。

ADC初始化

ADC配置函数

void MX_ADC1_Init(void)
{ADC_ChannelConfTypeDef sCOnfig= {0};hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ScanCOnvMode= ADC_SCAN_DISABLE; //禁止扫描模式，多通道时使用hadc1.Init.COntinuousConvMode= DISABLE; //禁止连续转换模式hadc1.Init.DiscOntinuousConvMode= DISABLE; //禁止间断模式hadc1.Init.ExternalTrigCOnv= ADC_SOFTWARE_START;//不使用外部触发转换，采用软件触发hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; //数据结构右对齐hadc1.Init.NbrOfCOnversion= 1; //一个转换通道HAL_ADC_Init(&hadc1)sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR; // ADC内部通道(设备引脚上没有连接)sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; //规则通道1sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_1CYCLE_5; //采样时间1.5 ADC时钟周期HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig)}

ADC函数

(1)HAL_ADC_Start

功能：开启ADC 

例：HAL_ADC_Start(&hadc1);

说明：hadc1由STM32Cube自动生成，为结构体变量

(2)HAL_ADC_PollForConversion

功能：等待转化完成，完成跳过

例：HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,100);

说明：表示等待转换完成.第一空填写第个ADC，第二个填写超时时间或最多等多久（单位为毫秒）

(3)HAL_ADC_GetValue(&hadc1)

功能：读取ADC转换数据，数据为12位（最大为4096）。

(4)HAL_ADC_GetState(&hadc1)

功能：为换取ADC状态，

(5)HAL_ADC_STATE_REG_EOC

功能：表示转换完成标志位，转换数据可用。

(6)HAL_IS_BIT_SET(XX, XX)

例：HAL_IS_BIT_SET(HAL_ADC_GetState(&hadc1), HAL_ADC_STATE_REG_EOC)

说明：就是判断转换完成标志位是否设置。