2020年02月19日 | STM8S003xx学习笔记（1）：模拟 / 数字转换器（ADC）

虽然使用STM8S003F有一年了，但是对于其中的一些知识还是不是很详尽，从今天开始对照芯片资料做一个完整的学习。这篇文章作为模拟 / 数字转换器（ADC）的学习笔记，主要是根据《STM8S参考手册_中文》（以下简称《参考手册》）和《STM8S003K3_STM8S003F3_Datasheet_EN》（以下简称《数据手册》）来学习。

一 综述

根据《参数手册》我们知道，ADC1和ADC2是10位的逐次比较型模拟数字转换器。提供多达16个多功能的输入通道（实际准确的通道数量在数据手册的引脚描述说明）。A/D转换的各个通道可以执行单次和连续的转换模式。相对于ADC2，ADC1具有一些扩展功能，包括扫描模式、带缓存的连续模式、模拟看门狗。我们在使用的时候要根据《数据手册》来了解不同产品型号的ADC1和ADC2的功能信息。（STM8S003xx只有ADC1——编者注）

二 详细介绍

2.1 功能介绍

主要功能如下（ADC1和ADC2的功能）：

10位的分辨率 

单次和连续的转换模式 

可编程的（转换频率的）预分频：fMASTER 可以被分频 2 到 18 

可以选择ADC专用外部中断（ADC_ETR）或者定时器触发信号（TRGO）来作为外部触发信号 

模拟放大（对于具有VREF引脚的型号）

转换结束时可产生中断 

 灵活的数据对齐方式 

ADC 输入电压范围： VSSA ≤ VIN ≤ VDDA

ADC1具有以下扩展功能

带缓冲的连续转换模式（数据缓存大小依不同型号而异（10X10bit或8X10bit），详情参见《数据手册》）

单次和连续转换的扫描模式 

具有上限和下限门槛的模拟看门狗 

模拟看门狗事件发生可产生中断

根据《数据手册》我们知道，STM8S003xx产品包含10位逐次比较A/D转换器（ADC1），最多包含5个外部多路输入通道，其他特性如下：

输入电压范围：0~VDD

转换时间：14个时钟周期

有单次、连续和缓冲连续3种转换模式

当n=输入通道数时，缓存区的大小为：n*10bits

通道序列的单次和连续转换的扫描模式

有可编程上限和下限阈值的模拟看门狗（具有上限和下限门槛的模拟看门狗 ）

模拟看门狗中断（模拟看门狗事件发生可产生中断 ）

外部触发输入

TIM1 TRGO的触发器

转换结束(EOC)中断

根据《数据手册》我们知道，10位ADC特性如下（除另有规定外，VDD、fMASTER、TA都受一般操作条件的限制）：

表44：ADC特性

（1）在采样时间期间，输入电容CAIN（最大3pF）可由外部源充电/放电。内部模拟源的电阻必须允许电容达到其最终电压水平tS。在最后采样时间tS底之后，模拟输入电压的变化对转换结果没有影响。采样时钟tS的值取决于编程。

ADC准确特性待完成【】

四 引脚描述

表64 ADC引脚（《参考手册》）

五 功能描述

5.1 ADC开关控制

通过置位ADC_CR1寄存器的 ADON（bit0）位来开启ADC。当首次置位ADON位时，ADC从低功耗模式唤醒。为了启动转换必须第二次使用写指令来置位 寄存器的 位。在转换结束时ADC会保持在上电状态，用户只需要置位ADON位一次来启动下一次的转换【注：置位(Set)：使变量的某一位为1；复位(Reset)：使变量的某一位为0；】。 如果长时间没有使用ADC，推荐ADON 位来实现。 当ADC模块上电后，所选通道对应的I/O口输出模块是被禁用的。因此推荐在ADC上电之前要选择合适的ADC转换通道。

5.2 ADC时钟

ADC 的时钟是由fMASTER时钟经过预分频后供给的。时钟的预分频因子是由 ADC_CR1寄存器的 SPSEL[2:0]决定的。 

5.3 通道选择

STM8系列单片机有多达 16 个外部输入通道。但实际外部通道的数量取决于MCU 封装大小。STM3S003F3有5个外部输入通道。如果在一次转换过程中改变通道选择，那么当前的转换被复位同时一个新的开始指令脉冲被发 送到 ADC。

5.4 转换模式

ADC支持5种转换模式：单次模式，连续模式，带缓存的连续模式，单次扫描模式，连续扫描模式。 

5.4.1 单次模式

在单次转换模式中，ADC仅在由ADC_CSR寄存器的CH[3:0]选定的通道上完成一次转换。该模式是在当CONT位为0时通过置位ADC_CR1寄存器的ADON位来启动的。 

一旦转换完成，转换后的数据存储在ADC_DR寄存器中，EOC（转换结束，在ADC_CSR中）标志被置位，如果EOCIE （在ADC_CSR中）被置位将产生一个中断。（噪音采集用的单次） 

5.4.2 连续模式和带缓存的连续模式

在续转转换模式中 ADC在完成一次转换后就立刻开始下一次的转换。当CONT位被置位时即将ADC设为连续模式，该模式是通过置位 ADC_CR1寄存器的 ADON 位来启动的。 

● 如果缓冲功能没有被使能（ADC_CR3寄存器的DBUF位=0），那么转换结果数据保存在ADC_DR寄存器中，同时 EOC 标志被置位。如果EOCIE 位已被置位时将产生一次中断。然后开始下一次转换。 

● 如果缓存功能被使能(ADC_CR3寄存器的DBUF=1)，那么某个选定通道上的8个或者10个连续的转换结果会填满数据缓存，当缓存被填满时，EOC(转换结束)标志被置位，如果EOCIE位已被置位，则会产生一个中断，然后一个新的转换自动开始。如果某个数据缓存寄存器在被读走之前被覆盖，OVR（在ADC_CR3中）标志将置1。(见24.5.5) 

如果要停止连续转换，可以复位清零CONT位来停止转换或者复位清零ADON位来关闭ADC的电源。 

5.4.3 单次扫描模式

一定要注意，单次模式和单次扫描模式是不一样的！该模式是用来转换从AIN0到AINn之间的一连串模拟通道，'n’是在 ADC_CSR寄存器的CH[3:0]位中指定的通道编号。在扫描转换的过程中，序号 CH[3:0]位的值是被硬件自动更新的。它总保存当前正在被转换的通道编号。单次转换模式可以在在SCAN 位（在    中）被置位且COUNT位以清零时通过置位ADON来启动。

注意：当使用扫描模式时，不可以将AIN0到AINn之间通道对应的I/O口设为输出状态，因为ADC的多路选择器已经将这些I/O口的输出模块禁用了。 对于单次扫描模式，转换是       从AIN0通道开始的，而且结果数据被存储在数据缓冲寄存器ADC_DBxR 中，当最后一个通道(通道‘n’)被转换完成后，EOC(转换结束)标志被置位，当EOCIE 位已被置位时将产生一个中断。 

可以从缓冲寄存器中读取各个通道的转换结果值。如果某个数据缓存寄存器在被读走之前被覆盖，OVR标志将置1。(见24.5.5) 

转换序列正在进行过程中不要清零SCAN位；单次扫描模式可通过清零ADON位来立即停止。 为了开启一次新SCAN扫描转换，可以通过对ADC_CR1寄存器的EOC位清零和ADON位置位来实现。 

5.4.4 连续扫描模式

该模式和单次扫描模式相近，只是每一次在最后通道转换完成时，一次新的从通道0到通道n扫描转换会自动开始。如果某个数据缓存寄存器在被读走之前被覆盖，OVR标志将置1(见24.5.5) 。连续扫描模式是在当SCAN位和CONT位已被置时，通过置位ADON位来启动的。 在转换序列正在进行过程中不要清零SCAN位。 连续扫描模式可以通过清零ADON位来立即停止。另外一种选择就是当转换过程中清除CONT位那么转换会在下一次的最后一个通道转换完成时停止。

注意：在扫描模式中，不要使用位操作指令(BRES)去清除EOC标志位，这是因为该指令是对整个ADC_CSR寄存器的一个读-修改-写操作。从CH[3:0]寄存器中读取当前的通道编号和写回该寄存器，将会改变扫描系列的最后通道编号。

在连续扫描模式中正确的清除EOC标志位的方法是 从一个RAM变量中载入一个字节到ADC_CSR寄存器，这样来清除 EOC标志位同时还重新载入扫描系列新的最后通道编号。 

5.4.5 溢出标志位

在带缓冲的连续模式，单次扫描模式或者连续扫描模式中，溢出错误标志位OVR位是由硬件置位的。它是用来指示10个缓冲寄存器中的某个值在被读走之前被一个新的转换结果值覆盖。在这种情况下，推荐重新开启一次新的转换过程(因为某个有效的结果已经被覆盖了)。（言外之一就是说，在出现错误就重启ADC转换，以前的值丢弃。——编者注） 

注意：置位ADON位会自动清除OVR标志位。

5.4.6 模拟看门狗

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5.4.7 基于外部触发信号的转换

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5.4.8 模拟放大

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5.4.9 时序图

如 图149所示，在ADC上电后，在开始精确转换之前ADC需要一个稳定时间tSTAB (等于一次转换的时间 tCONV)，对于之后接下来的转换就不需要稳定延时，而且ADON位只需要被置位一次。一次ADC转换需要14个时钟周期，在转换完成后EOC标志被置位，同时转换结果保存在10位ADC数据寄存器里面。

图149 单次模式的时序图（CONT=0）

图150 连续模式的时序图（CONT=1）

六 低功耗模式

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七 中断

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八 数据对齐

ADC_CR2寄存器中的ALIGN位用于选择转换后数据的对齐方式。 数据可以按如下方式对齐：

左对齐：8个高位数据被写入ADC_DH寄存器中，其余的低位数据被写入ADC_DL寄存器中。读取时必须先读高位再读低位。

右对齐：8个低位数据被写入ADC_DL寄存器中，其余的高位数据被写入ADC_DH寄存器中。读取时必须须先读低位再读高位。

图152 数据左对齐

图151 数据右对齐

九 读取数据转换结果

当读取ADC转换结果时，须注意要依据所选择的数据对齐方式，按照指定的方式连续使用两条指令来读取数据寄存器 （什么叫连续使用两条指令？——编者注）。为了保证数据一致性，MCU采用内部锁存机制。对应ADC_DR的高位寄存器和低位寄存器，直到读取一个指定数据寄存器之前，另一个寄存器的转换数据结果不会被修改。因此，按照错误的顺序来读取寄存器将得到错误的结果。 寄存器读取顺序由数据对齐方式决定(参考《笔记1》——八 数据对齐) 

为了得到正确的结果： 

● 在左对齐模式下，先读高位字节寄存器(ADC_DRH)，再读低位字节寄存器(ADC_DRL)。 

● 在右对齐模式下，先读低位字节寄存器(ADC_DRL)，再读高位字节寄存器(ADC_DRH) 。此时，用户也可以选择使用LDW指令来读取整个ADC_DR，因为该指令和右对齐模式采用同样的读取顺序。 

十 施密特触发器禁止寄存器

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十一  寄存器描述

11.1 寄存器(ADC_DBxRH)(x=0..7 or 0..9) ADC高位数据缓存

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11.2  ADC低位数据缓存寄存器(ADC_DBxRL)(x=0..7 or 0..9)

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11.3 ADC控制/状态寄存器(ADC_CSR) configure state register

地址偏移值：0x00

复位值：0x00 

11.4 ADC配置寄存器1（ADC_CR1 ）configure register 1

地址偏移值：0x01 

复位值： 0x00 

11.5 ADC 配置寄存器 2 (ADC_CR2) configure register 2

地址偏移值：0x02 

复位值： 0x00 

11.5 ADC 配置寄存器 2 (ADC_CR2)

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11.6 ADC配置寄存器 3 (ADC_CR3)

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11.7 ADC 数据高位寄存器(ADC_DRH)

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11.8 ADC 数据低位寄存器(ADC_DRL)

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11.9 ADC 施密特触发器禁止寄存器高位 (ADC_TDRH)

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11.10 ADC 施密特触发器禁止寄存器低位 (ADC_TDRL)

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11.11 ADC 上限门槛值高位寄存器(ADC_HTRH)

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11.12 ADC 上限门槛值低位寄存器(ADC_HTRL)

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11.13 ADC 下限门槛值高位寄存器(ADC_LTRH)

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11.14 ADC 下限门槛值低位寄存器(ADC_LTRL)

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11.15 ADC看门狗状态高位寄存器(ADC_AWSRH)

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11.16 ADC看门狗状态低位寄存器(ADC_AWSRL)

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11.17 ADC看门狗控制高位寄存器(ADC_AWCRH)

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11.18 ADC看门狗控制低位寄存器(ADC_AWCRL)

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十一  ADC寄存器映像表和复位值

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十二 结束语

这是一篇学习文档，由于内容较多，所以只对重点的地方和用到了的地方进行了一个阅读。

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版本：V1.0

时间：2015.11.10 

作者：Alan

说明：完成文章。

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