2021年10月27日 | stm32专题二十四：ADC简介

ADC简介：

ADC  ：Analog to Digital，模拟数字转换器

三个独立的ADC 1 / 2 / 3；

分辨率为12位；

每个ADC具有18个通道，其中外部通道16个；

ADC结构框图，主要分成7个部分：

电压输入范围、输入通道、转换顺序、触发源、转换时间、数据寄存器、中断。

（1）输入电压范围：

ADC 输入范围为：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。由VREF-、VREF+ 、VDDA 、VSSA、这四个外部引脚决定。

在设计原理图的时候一般把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。

如输入电压超过3.3v，如希望测量的电压范围是 -10v ~ 10v，怎么做？

图中电路的输出：vo = (vi + 10) / 6，可以实现 -10v ~ 10v范围的电压测量。

（2）输入通道 GPIO

确定好ADC 输入电压之后，那么电压怎么输入到ADC？这里我们引入通道的概念，STM32 的ADC 多达18 个通道，其中外部的16 个通道就是框图中的ADCx_IN0、ADCx_IN1...ADCx_IN5。这16 个通道对应着不同的IO 口，具体是哪一个IO 口可以从手册查询到。其中ADC1/2/3 还有内部通道：ADC1 的通道16 连接到了芯片内部的温度传感器，Vrefint 连接到了通道17。

引脚分配：

输入通道分类：规则通道和注入通道。

外部的16 个通道在转换的时候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：顾名思意，规则通道就是很规矩的意思，我们平时一般使用的就是这个通道。

注入通道

注入，可以理解为插入，插队的意思，是一种不安分的通道。它是一种在规则通道转换的时候强行插入要转换的一种。如果在规则通道转换过程中，有注入通道插队，那么就要先转换完注入通道，等注入通道转换完成后，再回到规则通道的转换流程。这点跟中断程序很像，都是不安分的主。所以，注入通道只有在规则通道存在时才会出现。

（3）通道转换顺序

规则组最多可以有16个通道，转换顺序也可以随意选定，由ADC_SQRx寄存器来选择。

同理，注入组最多4个通道，顺序也可以随意选择，由ADC_JSQR寄存器来配置。注入通道，还有一个切换顺序的问题。比如，当只需要一个注入通道，则JL = 0，转换顺序（4 - JL） = 4，此时该通道编号要设置在JSQ4中；当需要两个注入通道呢，JL = 1，转换顺序（4 - JL）= 3，此时要转换的两个通道顺序为JSQ3、JSQ4。

（4）触发源

对于开启ADC转换，有两种方法：

可以通过设置ADON开启；

通过其他触发条件;

首先来看通过设置ADON来开启ADC转换：

ADON位功能描述：

ADC转换时序图：

ADON只能开启规则通道的单次或连续转换，参见中文参考手册中的描述：

通过触发条件来进行触发：

1 软件触发：

2 外部事件触发：

首先是规则通道的外部触发：

触发事件线对应的触发事件：

规则通道：

注入通道，也是类似的：

寄存器配置：

（5）转换时间

ADC外设是在AHB2总线上的，AHB2总线的时钟为72MHz，而ADCCLK最大为14MHz，因此需要分频。

预分频设置，由时钟配置寄存器RCC_CFGR来选择：

通道采样时间的计算：

采样周期的寄存器配置如下：

当APB2总线时钟为72M，ADC预分频系数为6时，ADCCLK = 12M，此时：

最短转换时间：Tconv = （1.5 + 12.5） = 14周期 = 14 / 12us = 1.17us

最长转换时间：Tconv = （239.5 + 12.5） = 252周期 = 252 / 12us = 21us

（6）数据寄存器

一切准备就绪后， ADC 转换后的数据根据转换组的不同，规则组的数据放在ADC_DR 寄存器，注入组的数据放在 JDRx。

规则数据寄存器：

16位有效，用于存放独立模式转换完成数据；

ADC_CR2寄存器的ALIGN位，设置数据对齐方式；

只有一个，多通道采集的是最好使用DMA；

12位数据在16位寄存器中的对齐格式：

注入数据寄存器：

（7）中断

1 转换结束中断

数据转换结束后，可以产生中断，中断分为三种：1 规则通道转换结束中断；2 注入转换通道转换结束中断；3 模拟看门狗中断。其中转换结束中断很好理解，跟我们平时接触的中断一样，有相应的中断标志位和中断使能位，我们还可以根据中断类型写相应配套的中断服务程序。

2 模拟看门狗中断

当被 ADC 转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时，就会产生中断，前提是我们开启了模拟看门狗中断，其中低阈值和高阈值由 ADC_LTR 和 ADC_HTR 设置。例如我们设置高阈值是 2.5V，那么模拟电压超过 2.5V 的时候，就会产生模拟看门狗中断，反之低阈值也一样。

3 DMA请求：

规则和注入通道转换结束后，除了产生中断外，还可以产生 DMA 请求，把转换好的数据直接存储在内存里面。要注意的是只有 ADC1 和 ADC3 可以产生 DMA 请求。一般我们在使用 ADC 的时候都会开启 DMA传输。

（8）电压转换计算

电压输入范围为：0~3.3V；

分辨率为12位；

最小精度为：3.3/2^12；

设数字量为X，则有模拟量 Y = (3.3 / 2^12)*X；

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接下来是ADC的工作模式，可以分为独立模式和双ADC模式。

独立模式：

只使用一个ADC，如使用ADC1（可以配置规则组最多为16通道）；

双ADC模式（ADC1 + ADC2）：

（1）同步模式（包含同步规则和同步注入模式），应用场景：多通道示波器

什么意思呢，就是我们使用两个ADC，当设置ADC1为外部触发时，触发条件会同时开启ADC1和ADC2。如下图所示：

使用同步模式时，如果设置合理，我们能缩短至一半的时间。比如，当使用独立模式（单ADC时），转换16个通道；而现在可以将16个通道分到两个ADC中（各8个），一次序列采样完成只需要原来的一半时间。

（2）交叉模式（分为快速交叉和慢速交叉）：只适用于规则通道组，而且只有一个通道，作用是提高采样速度（工作模式：ADC1和ADC2均对单通道进行采样。当ADC1采样完在转换时，ADC2即开始采样，这样不用像独立模式那样每次都得等到转换完成再开始下一次，能提高转换速度）。应用场景：高采样率示波器

快速交叉：

慢速交叉：

（3）交替触发：

只适用于注入通道组。当第一个触发条件到来时，ADC1是所有注入通道全部转换，ADC2不转换；

当第二个触发条件到达时，ADC2的所有注入通道全部转换，ADC1不转换；

循环往复...

（4）多种模式混合...

扫描模式：

单次转换模式（ADC只执行一次转换）：

连续转换模式：