2019年03月12日 | 【STM32】ADC库函数、一般步骤详解 实例：内部温度传感器

STM32F1xx官方资料：

《STM32中文参考手册V10》-第11章 模拟/数字转换（ADC)

《STM32中文参考手册V10》-第11章 第11.10小节 温度传感器

ADC采样数值

如何STM32的ADC模块，得到接入ADC管脚上的实际电压值？

会读到什么值

由于STM32的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器，也就是说ADC模块读到的数据是12位的数据。

因此：STM32读到的ADC值，是从0到4095（111111111111）。当把ADC引脚接了GND，读到的就是0；当把ADC引脚接了VDD，读到的就是4095。

读到的值怎么换算成实际的电压值

前面提到了，我们输入GND，读到的值是0，输入VDD，得到的值是4095，那么，当读到2035的时候，怎么求输入电压多少V吗？这个问题，归根接地，就到了数学XY坐标，已知两点坐标值（0,0）（3.3,4095），给出任意X坐标值，求Y值的问题了吧？简单不简单？

参考电压是什么

讨论这个问题之前，先拿万用表量一下你的VDDA的实际电压是多大？是不是标准的3.300V？应该不是吧？或许是2.296V，或许是3.312V。然后你把VDD连接到ADC引脚之后，得到的是4095；也就是，实际上，当你读出4095这个数据的时候，实际的电压值不是你想象中的3.300V。有些初学者，觉得几毫伏的电压差无所谓，但实际应用中，几毫伏就可能代表很大的实际工况，例如，在一个量程为50克的电子称上。

所以，这时候，芯片厂商就想了一个办法，给ADC模块中引入参考电压，由非常标准的参考电压芯片来接入参考电压引脚。标准的电压芯片，我们一般叫做参考电压芯片，或者叫做基准电压芯片。例如REF3133（输出3.300V）、REF3025（输出2.500V）等等。

ADC引脚的输入电压范围是多大

一般情况下，ADC引脚的输入电压，是从0~VDD，如果有REF引脚，一般是0~Vref，也有0~2Vref的情况。

如果被测的电压大于ADC的输入电压，例如，要用STM32测量0~5V的电压的话，可以在输入ADC引脚之前，加入电阻分压和放大器电路。

ADC相关配置库函数

1个初始化函数

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

作用：配置ADC模式、扫描模式、单次连续模式、外部触发方式、对齐方式、规则序列长度。

1个使能函数

void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

作用：配置ADC使能。

1个软件转换函数

void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

作用：ADC使能软件转换（在ADC_Init函数中，外部触发方式选择none）。

1个规则通道配置函数

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);

作用：配置某个ADC控制器的某个通道以某种采样率置于规则组的某一位（对应函数的四个参数：ADC控制器名、ADC通道名、规则组的第n个、采样率）。

1个获取转换结果函数

uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);

作用：获得某个ADC控制器的软件转换结果。

ADC一般步骤

实例要求：利用ADC1的通道1（PA1）采集外部电压值。

开启PA口时钟和ADC1时钟，设置PA1为模拟输入。调用函数：GPIO_Init()；APB2PeriphClockCmd()；

复位ADC1，同时设置ADC1分频因子。调用函数：ADC_DeInit(ADC1)；RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6)；

初始化ADC1参数，设置ADC1的工作模式以及规则序列的相关信息。调用函数：void ADC_Init()；

使能ADC并校准。调用函数：ADC_Cmd()；

配置规则通道参数。调用函数：ADC_RegularChannelConfig()；

开启软件转换：ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1)；

等待转换完成，读取ADC值。调用函数：ADC_GetConversionValue(ADC1)。

//初始化ADC

//这里我们仅以规则通道为例

//我们默认将开启通道0~3    

void  Adc_Init(void)

{

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );   //使能ADC1通道时钟

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M

//PA1 作为模拟通道输入引脚                         

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入引脚

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

ADC_DeInit(ADC1);  //复位ADC1 

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //模数转换工作在单通道模式

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //模数转换工作在单次转换模式

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //转换由软件而不是外部触发启动

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADC数据右对齐

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //顺序进行规则转换的ADC通道的数目

ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器   

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的ADC1

ADC_ResetCalibration(ADC1); //使能复位校准  

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束

ADC_StartCalibration(ADC1); //开启AD校准

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校准结束

}   

//获得ADC值

//ch:通道值 0~3

u16 Get_Adc(u8 ch)   

{

  //设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 ); //ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期       

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

return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次ADC1规则组的转换结果

}

u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)

{

u32 temp_val=0;

u8 t;

for(t=0;t

{

temp_val+=Get_Adc(ch);

delay_ms(5);

}

return temp_val/times;

}  

 int main(void)

 {  

  u16 adcx;

float temp;

delay_init();     //延时函数初始化   

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级

uart_init(115200); //串口初始化为115200

  LED_Init();      //LED端口初始化

LCD_Init();

  Adc_Init();   //ADC初始化

POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 

LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"WarShip STM32");

LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"ADC TEST");

LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");

LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2015/1/14");

//显示提示信息

POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色

LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"ADC_CH0_VAL:");       

LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"ADC_CH0_VOL:0.000V");        

while(1)

{

adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10);

LCD_ShowxNum(156,130,adcx,4,16,0);//显示ADC的值

temp=(float)adcx*(3.3/4096);

adcx=temp;

LCD_ShowxNum(156,150,adcx,1,16,0);//显示电压值

temp-=adcx;

temp*=1000;

LCD_ShowxNum(172,150,temp,3,16,0X80);

LED0=!LED0;

delay_ms(250);

}

 }

STM32控制程序分析

Adc_Init()函数：ADC初始化函数。

这里需要注意的点有：ADC的时钟配置函数包括两步，不要遗漏ADC的分频：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );   //使能ADC1通道时钟

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M

PA1的GPIO模式应配置成模拟输入：

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入引脚

建议在上电时执行一次ADC校准（这一部分的代码就是这个样子，直接照抄就行了）：

ADC_ResetCalibration(ADC1); //使能复位校准  

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束

ADC_StartCalibration(ADC1); //开启AD校准

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校准结束

Get_Adc()函数：获得ADC转换后的值。

这里需要注意的是，当使用ADC_SoftwareStartConvCmd()使能软件转换之后，需要使用ADC_GetFlagStatus()函数等待转换结束后，再进行ADC_GetConversionValue()输出。

        ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 ); //ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期       

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

return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次ADC1规则组的转换结果

main()函数：主函数，实现函数的调用（采集外部电压值）。

ADC采样得到的数字怎么转化为电压值呢？这里采用这个方法来计算。原理见本文最开头的部分讲解。

temp=(float)adcx*(3.3/4096);

STM32内部温度传感器

STM32有一个内部的温度传感器，可以用来测量CPU及周围的温度（TA）。该温度传感器在内部和ADCx_IN16输入通道相连接，此通道把传感器输出的电压转换成数字值。

内部温度传感器的特征

温度传感器模拟输入推荐采样时间是17.1μs；

STM32的内部温度传感器支持的温度范围为：-40~125度；

精度比较差，为±1.5℃左右。

基于这样的特性，因此：内部温度传感器更适合于检测温度的变化，而不是测量绝对温度。如果需要测量绝度温度，应该使用一个外部温度传感器。

内部温度传感器的框图

内部温度传感器的使用

要使用STM32的内部温度传感器，必须先激活ADC的内部通道，这里通过ADC_CR2的TSVREFE位（bit23）设置。设置该位为1则启用内部温度传感器。

内部温度传感器的温度计算

STM32的内部温度传感器固定的连接在ADC的通道16上，所以，在设置好ADC之后只要读取通道16的值，就是温度传感器返回来的电压值了。然后根据这个电压值，我们就可以计算出当前温度。

计算公式如下：

T（℃）={（V25-Vsense）/Avg_Slope}+25

上式中：V25=Vsense在25度时的数值（典型值为：1.43），Avg_Slope=温度与Vsense曲线的平均斜率（单位为mv/℃或uv/℃）（典型值为4.3Mv/℃）。

利用以上公式，我们就可以方便的计算出当前温度传感器的温度了。

内部传感器一般步骤

选择ADC_IN16输入通道，设置采样时间大于17.1us，开启ADC；

设置ADC_CR2的TSVREFE位，打开内部温度传感器；

读取ADC结果，并计算温度。

//初始化ADC

//这里我们仅以规则通道为例

//我们默认将开启通道0~3

void T_Adc_Init(void)  //ADC通道初始化

{

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );   //使能GPIOA,ADC1通道时钟

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //分频因子6时钟为72M/6=12MHz

        ADC_DeInit(ADC1);  //将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //模数转换工作在单通道模式

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //模数转换工作在单次转换模式

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //转换由软件而不是外部触发启动

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADC数据右对齐

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //顺序进行规则转换的ADC通道的数目

ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器

ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //开启内部温度传感器

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的ADC1

ADC_ResetCalibration(ADC1); //重置指定的ADC1的复位寄存器

       while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //获取ADC1重置校准寄存器的状态,设置状态则等待

ADC_StartCalibration(ADC1); //

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //获取指定ADC1的校准程序,设置状态则等待

}

u16 T_Get_Adc(u8 ch)   

{

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 ); //ADC1,ADC通道3,第一个转换,采样时间为239.5周期       

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

return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次ADC1规则组的转换结果

}

//得到ADC采样内部温度传感器的值

//取10次,然后平均

u16 T_Get_Temp(void)

{

u16 temp_val=0;

u8 t;

for(t=0;t<10;t++)

{

temp_val+=T_Get_Adc(ADC_Channel_16);   //TampSensor

delay_ms(5);

}

return temp_val/10;

}

 //获取通道ch的转换值

//取times次,然后平均

u16 T_Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)

{

u32 temp_val=0;

u8 t;

for(t=0;t

{

temp_val+=T_Get_Adc(ch);

delay_ms(5);

}

return temp_val/times;

}    

//得到温度值

//返回值:温度值(扩大了100倍,单位:℃.)

short Get_Temprate(void) //获取内部温度传感器温度值

{

u32 adcx;

short result;

  double temperate;

adcx=T_Get_Adc_Average(ADC_Channel_16,20); //读取通道16,20次取平均

temperate=(float)adcx*(3.3/4096); //电压值 

temperate=(1.43-temperate)/0.0043+25; //转换为温度值  

result=temperate*=100; //扩大100倍.

return result;

}

 int main(void)

 {  

short temp; 

delay_init();     //延时函数初始化   

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级

uart_init(115200); //串口初始化为115200

LED_Init();   //初始化与LED连接的硬件接口

  LCD_Init(); //初始化LCD

  T_Adc_Init();   //ADC初始化     

POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 

LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"WarShip STM32");

LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"Temperature TEST");

LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");

LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2015/1/14");   

POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色      

LCD_ShowString(30,140,200,16,16,"TEMPERATE: 00.00C");       

while(1)

{

temp=Get_Temprate(); //得到温度值 

if(temp<0)

{

temp=-temp;

LCD_ShowString(30+10*8,140,16,16,16,"-"); //显示负号

}else LCD_ShowString(30+10*8,140,16,16,16," "); //无符号

LCD_ShowxNum(30+11*8,140,temp/100,2,16,0); //显示整数部分

LCD_ShowxNum(30+14*8,140,temp%100,2,16, 0X80); //显示小数部分

LED0=!LED0;

delay_ms(250);

} 

}

这里和上一个的区别，主要就是需要开启内部温度传感器：

ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //开启内部温度传感器

同时，添加了对计算出来的电压值的再计算，换算成温度，就不多赘述了。