2019年10月09日 | 怎样用STM32 ADC测量电压（中断方式）

ADC 概述

ADC是模数转换的缩写，是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，在通信，自动控制等多个领域有着广泛的应用，利用各种传感器，能将现实世界中的模拟量转换为机器能够识别的数字量，机器有了ADC，就像人有了各种感官，能够感知周围的世界并做出反应。

STM32F10x  ADC特点

l 12位逐次逼近型的模拟数字转换器。

l 最多带3个ADC控制器

l 最多支持18个通道，可最多测量16个外部和2个内部信号源。

l 支持单次和连续转换模式

l  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。

l  通道0到通道n的自动扫描模式

l  自动校准

l  采样间隔可以按通道编程

l  规则通道和注入通道均有外部触发选项

l  转换结果支持左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器

l  ADC转换时间：最大转换速率 1us。（最大转换速度为1MHz，在ADCCLK=14M，采样周期为1.5个ADC时钟下得到。）

l  ADC供电要求：2.4V-3.6V

l  ADC输入范围：VREF- ≤  VIN  ≤  VREF+

所谓逐次逼近型ADC，其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量： 

　　首先把待称重的重物放在托盘上，在另外一边的托盘上首先放上8克的砝码，8克砝码小于待测物体总重13克，所以保留该砝码； 

　　第二步将4克砝码放在托盘上，砝码总重为8+4=12克，小于待测物体总重，所以也保留； 

　　第三步将2克砝码放在托盘上，砝码总重为8+4+2=14克，大于待测物体总重，所以将2克砝码撤除； 

　　第四步将1克砝码放在托盘上，砝码总重为13克，等于待测物体总重，所以保留； 

　　最后得到待测物体为13克。 

在逐次逼近型ADC中，一定要保证参考电压的稳定。尽量不要有波动

ADC功能框图

关于注入通道和规则通道

在规则通道轮询的过程中，可以插入注入通道的转换，就像中断一样，注入通道转换完成后，继续转换规则通道，比如汽车里面的自动空调，可能有多个传感器在检测汽车内部各个区域的温度，这些就是规则ADC通道，这时你想知道车外的温度，可以按一个按钮，这时设计在外部的注入通道将汽车外部的温度采集回来显示在屏幕上，然后规则通道继续监测汽车内部的温度。

输入电压范围

输入电压：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+

决定输入电压的引脚： VREF-、 VREF+ 、 VDDA 、 VSSA

如果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。

那如果输入电压大于3.3V,该如何测量呢？看下图

根据基尔霍夫定律（KCL），节点流入的电流等于流出的电流

(Vin – Vout)/R2 + (3V3-Vout)/R1 = Vout / R3

由上式可以得出

Vin=6Vout-10

如果此时ADC测的的Vout为3v的，则实际的电压是Vin=6*3-10=8v。

触发源

1、软件触发：ADC_CR2 :ADON/SWST

ART/JSWSTART

2、外部事件触发：内部定时器/外部IO

选择：ADC_CR2 :EXTSEL[2:0]和 JEXTSEL[2:0]

激活：ADC_CR2 :EXTEN 和 JEXTEN

ADC设备时钟

ADC_CLK：ADC模拟电路时钟，最大值为14M，由

PCLK2提供，还可分频，2/4/6/8，RCC_CFGR 的

ADCPRE[1:0]设置。PCLK2=72M。

数字时钟：RCC_APB2ENR，用于访问寄存器

ADC转换时间

转换时间：Tconv = 采样时间 + 12.5 个周期

采样时间： ADC 需要若干个 ADC_CLK 周期完成对输入的

模拟量迚行采样，采样的周期数可通过ADC 采样时间寄存器

ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 中的 SMPx[2:0]位设置，

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。其中采样

周期最小是 1.5 个，即如果我们要达到最快的采样，那么应该

设置采样周期为 1.5个周期，这里说的周期就是 1/ADC_CLK。

         000：1.5周期

        100：41.5周期

        001：7.5周期

        101：55.5周期

        010：13.5周期

        110：71.5周期

        011：28.5周期

        111：239.5周期

PCLK2 = 72M，如果采取6分频，ADC_CLK = 72/6 = 12M

Tconv = 1.5+12.5 = 14周期 = 14/12M=1.17us

理论上的最快转换时间是1us，当我们把系统时钟设置为56MHz的时候，经过4div正好为14MHz，此时就能达到1us的采样。但是测试发现如果按照最快速度转换ADC结果不是很准确。

代码实现

在这里以ADC2为例，用中断的方式读取ADC数据。选取ADC2的通道11（PC1）作为电压数据采集通道。

大致步骤如下：

1-初始化ADC用到的GPIO

2-初始化ADC初始化结构体，数字时钟。

3-配置ADC模拟时钟，配置通道的转换顺序和采样时间

4-使能ADC转换完成中断，配置中断优先级，初始化校准寄存器并等待校准完成。

//定义ADC2中断函数

#define    ADC_IRQHandler                ADC1_2_IRQHandler

// 定义一个变量存放ADC转换值 

__IO uint16_t ADC2_Value; 

// 定义变量，用于保存转换计算后的电压值  

float ADC_Vol;        

static void ADC2_GPIO_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

// 因为用的PC1，因此需要打开GPIOC的时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd ( RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE );

// 配置 ADC IO 引脚模式为模拟输入

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

// 初始化 ADC IO

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

}

static void ADC2_Mode_Config(void)

{

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

// 打开ADC2数字时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd ( RCC_APB2Periph_ADC2, ENABLE );

// ADC 模式配置

// 只使用一个ADC2，属于独立模式

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

// 禁止扫描模式，多通道才要，单通道不需要

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE ; 

// 连续转换模式

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

// 不用外部触发转换，软件开启即可

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

// 转换结果右对齐

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

// 转换通道1个

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;

// 初始化ADC2

ADC_Init(ADC2, &ADC_InitStructure);

// 配置ADC2模拟时钟为PCLK2的8分频，72/8 即9MHz

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); 

// 配置 ADC2 通道转换顺序和采样时间

ADC_RegularChannelConfig(ADC2, ADC_Channel_11, 1, 

                         ADC_SampleTime_55Cycles5);

// ADC2 转换结束产生中断，在中断服务程序中读取转换值

ADC_ITConfig(ADC2, ADC_IT_EOC, ENABLE);

// 开启ADC2 ，并开始转换

ADC_Cmd(ADC2, ENABLE);

// 初始化ADC2 校准寄存器  

ADC_ResetCalibration(ADC2);

// 等待校准寄存器初始化完成

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC2));

// ADC2开始校准

ADC_StartCalibration(ADC2);

// 等待校准完成

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC2));

// 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC2转换 

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC2, ENABLE);

}

static void ADC_NVIC_Config(void)

{

  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

// 优先级分组

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

  // 配置中断优先级

  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ADC1_2_IRQn;

  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;

  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

void ADC2_IRQHandler(void)

{

if (ADC_GetITStatus(ADC2,ADC_IT_EOC)==SET) 

{

// 读取ADC的转换值

ADC2_Value = ADC_GetConversionValue(ADC2);

}

ADC_ClearITPendingBit(ADC2,ADC_IT_EOC);

}

void ADC2_Init(void)

{

ADC2_GPIO_Config();

ADC2_Mode_Config();

ADC_NVIC_Config();

}

int main(void)

{

// 配置串口 此函数请自行实现

USART_Config();

// ADC2 初始化

ADC2_Init();

while (1)

{

ADC2_Vol =(float) ADC2_Value/4096*3.3; //  2^12=4096

printf("rn The current AD value = 0x%04X rn", 

       ADC2_Value); 

printf("rn The current  voltage = %f V rn",

       ADC2_Vol); 

printf("rnrn");

Delay(0xffffee);  //  此函数请自行实现

}

}