2021年11月05日 | STM32F103ZET6 — ADC

介绍

STM32F103ZET6 拥有12位ADC，是一种逐次逼近型模拟数字转换器。

12bits ADC 代表了 ADC 的转换精度。存在输入参考电压的情况下，ADC 将模拟信号经信号线输入，进行模拟信号的采样，再将采样后的数字信号存放于数据寄存器中，以供软件进行读取（CPU或者DMA方式），存储的数据是经过参考电压比较后，按照12bits 进行换算得到。

ADC输入范围：Vref- ≤ Vin ≤ Vref+

ADC 时钟

ADC 的输入时钟 ADCCLK 不能超过 14MHz（Datasheet规定）它是由PCLK2经分频产生。

转换模式

支持单次转换和连续转换，顾名思义，单次转换就仅仅只进行一次转换，然后就将值写入数据寄存器，连续转换时不间断的进行ADC操作，并将值写入到数据寄存器。

通道描述

ADC有两组通道：规则通道组和注入通道组。

规则通道组：相当于你正常运行的程序。

注入通道组：就相当于中断。在你程序正常执行的时候，中断是可以打断你的执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换， 在注入通道被转换完成之后，规则通道才得以继续转换。 

也就是说，注入通道可以来打断当前正在进行的规则的 ADC 数据转换，暂时理解成为优先级的概念即可。

● 规则通道组：由多达16个转换组成。规则通道和它们的转换顺序在ADC_SQRx寄存器中选择。规则组中转换的总数应写入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]位中。 

● 注入通道组：由多达4个转换组成。注入通道和它们的转换顺序在ADC_JSQR寄存器中选择。注入组里的转换总数目应写入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]位中。 

也就是说，在规则通道组，支持 16 路模拟信号同时输入，并进行这些通道的模拟信号转数字信号的采样，注入通道也是一样。

中断描述

● 如果一个规则通道被转换：

─  转换数据被储存在16位ADC_DR寄存器中

─  EOC(转换结束)标志被设置

─  如果设置了EOCIE，则产生中断。

● 如果一个注入通道被转换：

─  转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中

─  JEOC(注入转换结束)标志被设置

─  如果设置了JEOCIE位，则产生中断。

通道扫描

此模式用来扫描一组模拟通道。

扫描模式可通过设置 ADC_CR1 寄存器的 SCAN 位来选择。一旦这个位被设置，ADC 扫描所有被 ADC_SQRX 寄存器(对规则通道)或 ADC_JSQR (对注入通道)选中的所有通道。在每个组的每个通道上执行单次转换。在每个转换结束时，同一组的下一个通道被自动转换。如果设置了CONT位，转换不会在选择组的最后一个通道上停止，而是再次从选择组的第一个通道继续转换。

如果设置了DMA位，在每次EOC后，DMA控制器把规则组通道的转换数据传输到SRAM中。而注入通道转换的数据总是存储在ADC_JDRx寄存器中

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。

建议在每次上电后执行一次校准。

启动校准前， ADC 必须处于关电状态 (ADON=’0’) 超过至少两个 ADC 时钟周期。

采样时间

ADC 的转换时间不仅仅和 ADC 的时钟有关，还和采样时间有关，ADC使用若干个ADC_CLK周期对输入电压采样，采样周期数目可以通过 ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 寄存器中的SMP[2:0]位更改。每个通道可以分别用不同的时间采样。

ADC  的转换时间的计算公式是：Tconv = 采样时间+ 12.5个周期

例如：当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5周期，Tconv = 1.5 + 12.5 = 14周期 = 1μs

环境描述

参考电压中，单板上Vref-直接接到了 GND，Vref+接到了Vcc 3.3V。

单板上，使用分压电阻进行模拟输入，电阻可调，并使用 PC1 端口进行输入

配置过程

配置过程分为三段：

● GPIO 口的配置

● DMA 的配置

● ADC 的配置

GPIO 口的配置

static void SK_ADC1GPIOInit(void)

{

    GPIO_InitTypeDef stGpioInit;

    /* Enable ADC1 and GPIOC clock */

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    /* Configure PC.01  as analog input */

    stGpioInit.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

    stGpioInit.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

    GPIO_Init(GPIOC, &stGpioInit);

}

DMA 的配置

DMA配置，使用了 DMA1 通道，故配置 DMA1 的相关寄存器：

1. 开启 DMA1 时钟

2. 复位 DMA1

3. 配置外设地址和数据传送的内存地址

4. 数据传送方向为外设-->内存

5. 数据传送大小为 1 个（half word，16bit）

6. 关闭内存和外设地址增长

7. 配置内存数据和外设数据宽度为 16bit

8. 配置循环模式

9. 配置优先级，同时禁用mem2mem

static void SK_ADC1DMAInit(void)

{

    DMA_InitTypeDef stDMA_Init;

    /* Enable DMA clock */

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);

    /* DMA channel1 configuration */

    DMA_DeInit(DMA1_Channel1);

    stDMA_Init.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;

    stDMA_Init.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADC_ConvertedValue;

    stDMA_Init.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;

    stDMA_Init.DMA_BufferSize = 1;

    stDMA_Init.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;

    stDMA_Init.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable;

    stDMA_Init.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;

    stDMA_Init.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;

    stDMA_Init.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;

    stDMA_Init.DMA_Priority = DMA_Priority_High;

    stDMA_Init.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;

    DMA_Init(DMA1_Channel1, &stDMA_Init);

    /* Enable DMA channel1 */

    DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);

}

ADC 的配置

由于测试的应用场景较为简单，很多用法都用不到，故在配置的时候，就没有使能：

比如模拟看门狗，注入转换，双 ADC 等等，这里只使用了最简单的单通道的 ADC

配置流程如下：

1. 首先配置 ADC 时钟，由于 ADC 的时钟最大支持 14MHz，系统主频为 72MHz，分给  PCLK2 也为 72MHz，而 ADC 的分频器支持的分频系数仅为：2/4/6/8，暂时设置成为 8 分频，即 72/8 = 9MHz

2. 配置 ADC 为独立模式（双模式选择中配置）

3. 关闭 SCAN 模式（多路 ADC 使用到，单路就暂时不用）

4. 开启连续转换模式

5. 关闭外部触发，由软件独立触发

6. 数据右对齐

7. 转换通道数目为 1个规则通道

由于这里没有使用到注入通道和外部触发，所以少配置很多寄存器。

8. 配置 ADC 1的 Ch11 的采样时间和规则采样的通道数目

9. 开启 ADC1 的 DMA

10. 开启并唤醒 ADC1

11. 初始化校准寄存器并进行 ADC1 的校准

void SK_ADC1Init(void)

{

    ADC_InitTypeDef stADC_Init;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    /// Step 1 : Configure I/O Pin First

    SK_ADC1GPIOInit();

    /// Step 2 : Configure DMA

    SK_ADC1DMAInit();

    /// Step 3 : PCLK2 div in 8, ADC CLK => 9Mhz

    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);

    /// Step 4 : Configure Basic function of ADC1

    stADC_Init.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

    stADC_Init.ADC_ScanConvMode = DISABLE;

    stADC_Init.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

    stADC_Init.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

    stADC_Init.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

    stADC_Init.ADC_NbrOfChannel = 1;

    ADC_Init(ADC1, &stADC_Init);

    /// Step 5 : Configure Ch11 sample rate

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_11, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

    /// Step 6 : Enable ADC1 DMA

    ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

    /// Step 7 : Enable ADC1

    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

    /// Step 8 : Reset Calibration Register

    ADC_ResetCalibration(ADC1);

    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

    /// Step 9 : Start Calibration

    ADC_StartCalibration(ADC1);

    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

    /// Step 10 : Software trigger ADC1

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

}

最后别忘了，12 bit 精度对应的是 4096 的颗粒度，即，将得到的数字划分成为 4096 份，转换成为电压的话，就是：

(float)ADC_ConvertedValue/4096*3.3