2020年12月08日 | STM32——ADC

一、ADC指标

        有 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 / 低阈值。

对于 ADC 来说，我们最关注的就是它的分辨率、转换时间、ADC 类型、参考电压范围：

（1）分辨率：12 位分辨率。不能直接测量负电压，所以没有符号位，即其最小量化单位 LSB= Vref+ / 212 。

（2）转换时间：转换时间是可编程的。采样一次至少要用 14 个 ADC 时钟周期，而 ADC 的时钟频率最高为 14MHz，也就是说，它的采样时间最短为 1us。足以胜任中、低频数字示波器的采样工作。

（3）ADC类型：STM32 的是逐次比较型 ADC。

（4）参考电压

        STM32的 ADC 是不能直接测量负电压的，而且其输入的电压信号的范围为 ：V REF- ≤ V IN ≤ V REF+。当需要测量负电压或测量的电压信号超出范围时，要先经过运算电路进行平移或利用电阻分压。

二、ADC工作过程

        输入信号经过这些通道被送到 ADC 部件，ADC 部件需要受到触发信号才开始进行转换，如 EXTI 外部触发、定时器触发，也可以使用软件触发。ADC 部件接收到触发信号之后，在 ADCCLK 时钟的驱动下对输入通道的信号进行采样，并进行模数转换，其中ADCCLK 是来自 ADC 预分频器的。

        ADC 部件转换后的数值被保存到一个 16 位的规则通道数据寄存器（或注入通道数据寄存器）之中，我们可以通过 CPU 指令或 DMA 把它读取到内存（变量）。模数转换之后，可以触发 DMA 请求或者触发 ADC 的转换结束事件。如果配置了模拟看门狗，并且采集得的电压大于阈值，会触发看门狗中断。

三、ADC采集数据【DMA模式】

        在 STM32 中，使用 ADC 时往往采用 DMA 传输方式，由 DMA 把 ADC 外设转换的数据传输到 SRAM，再进行处理，甚至直接把 ADC 的数据转移到串口发送给上位机。【中断效率还是不够】

1、配置GPIO端口

        配置完成 ADC 及 DMA 后，ADC 就不停地采集数据，而 DMA自动地把 ADC 采集的数据转移至内存中的变量 ADC_ConvertedValue 中，所以在 main 函数的 while 循环中使用的 ADC_ConvertedValue都是实时值。 

/*

使能 DMA 时钟、GPIO 时钟及 ADC1 时钟。然后把 ADC1 的通道 11 使用的 GPIO 引脚 PC1 配置成模拟输入模式，在作为 ADC 的

输入时，必须使用模拟输入。每个 ADC 通道都对应一个 GPIO 引脚端口，GPIO 的引脚在设置为模拟输入模式后可用于模拟电压的输入。

*/

static void ADC1_GPIO_Config(void)

{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); /* 使能DMA时钟 */

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); /* 使能ADC和GPIOC时钟 */

  /* 配置PC1位模拟输入，输入模式不用设置速率 */

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

  GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

}

2、配置DMA和ADC模式

typedef enum {DISABLE = 0, ENABLE = !DISABLE} FunctionalState;

typedef struct

{

  uint32_t ADC_Mode;

  FunctionalState ADC_ScanConvMode;

  FunctionalState ADC_ContinuousConvMode;

  uint32_t ADC_ExternalTrigConv;

  uint32_t ADC_DataAlign;

  uint8_t ADC_NbrOfChannel;

} ADC_InitTypeDef;

（1）ADC_Mode：用于测量电阻分压后的电压值，要求不高，只使用一个 ADC 就可以满足要求了，所以本成员被赋值为 ADC_Mode_Independent （独立模式）。

（2）ADC_ScanConvMode：当有多个通道需要采集信号时，可以把 ADC 配置为按一定的顺序来对各个通道进行扫描转换，即轮流采集各通道的值。

（3）ADC_ContinuousConvMode：连续转换模式，此模式与单次转换模式相反，单次转换模式 ADC 只采集一次数据就停止转换。而连续转换模式则在上一次 ADC 转换完成后，立即开启下一次转换。

（4）ADC_ExternalTrigConv：ADC 需要在接收到触发信号后才开始进行模数转换，如外部中断触发（EXTI 线）、定时器触发，这两个为外部触发信号，如果不使用外部触发信号可以使用软件控制触发 。

（5）ADC_DataAlign：数据对齐方式。

（6）ADC_NbrOfChannel：这个成员保存了要进行 ADC 数据转换的通道数，可以为1 ～ 16 个。

        填充完结构体，就可以调用外设初始化函数进行初始化了，ADC 的初始化使用ADC_Init() 函数，初始化完成后别忘记调用 ADC_Cmd() 函数来使能 ADC 外设，用ADC_DMACmd() 函数来使能 ADC 的 DMA 接口。

/*

ADC 的 DMA 配 置 部 分 与 串 口 DMA 配 置 部 分 类 似， 它 的 DMA 整 体 上 被 配置 为 ： 使 用 DMA1 的 通 道 1 ， 数 据 从 ADC 外 设 的 数 据 寄 存 器

（ADC1_DR_Address） 转 移 到 内 存（ADC_ConvertedValue 变量），内存、外设地址都固定，每次传输的数据大小为半字（16 位），使用 DMA 循环传输模式。

*/

static void ADC1_Mode_Config(void)

{

  DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

  ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

  DMA_DeInit(DMA1_Channel1); /* DMA通道1 */

  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; //ADC 地址

  DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADC_ConvertedValue; //内存地址

  DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;

  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1;

  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址固定

  DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable; //内存地址固定

  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; //半字

  DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;

  DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //循环传输

  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;

  DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;

  DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);

  DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); /* 使能DMA通道1 */

  ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //独立 ADC 模式

  ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE ; //禁止扫描模式，扫描模式用于多通道采集

  ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; //开启连续转换模式，即不停地进行 ADC 转换

  ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //不使用外部触发转换

  ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //采集数据右对齐

  ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //要转换的通道数目 1

  ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

  RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);  /*配置 ADC 时钟，为 PCLK2 的 8 分频，即 9MHz*/

  ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_11, 1,  ADC_SampleTime_55Cycles5);  /*配置 ADC1 的通道 11 为 55. 5 个采样周期，序列为 1 */

  ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); /* 使能ADC1 */

  ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

  ADC_ResetCalibration(ADC1);  /*复位校准寄存器 */

  while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));  /*等待校准寄存器复位完成 */

  ADC_StartCalibration(ADC1);  /* ADC 校准 */

  while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));  /* 等待校准完成*/

  ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);  /*  由于没有采用外部触发，所以使用软件触发 ADC 转换  */

}

3、ADC转换时间

       PCLK2 的常用时钟频率为 72 MHz，而 ADCCLK 必须低于 14 MHz，所以在这个情况下，ADCCLK 最 高 频 率 为 PCLK2 的 8 分 频， 即 ADCCLK=9 MHz。 若 希 望 使 ADC以 最 高 频 率 14 MHz 运行，可以把 PCLK2配置为 56 MHz，然后再 4 分频得到ADCCLK。

       ADC 的转换时间不仅与 ADC 的时钟有关，还与采样周期相关。每个不同的 ADC 通道都可以设置为不同的采样周期。

4、ADC自校准

       开始 ADC 转换之前，需要启动 ADC 的自校准。ADC 有一个内置自校准模式，校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的准精度误差。在校准期间，在每个电容器上都会计算出一个误差修正码（数字值），这个码用于消除在随后的转换中每个电容器上产生的误差。

5、计算电压值

实际电压值 = ADC转换值 ×LSB；STM32 的 ADC 的精度为 12 位，而中 V REF+ 接的参考电压值为 3.3V ，所以 LSB =3.3/212 。