ADC——电压采集

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了ADC——电压采集。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、ADC简介

STM32f103 系列有 3 个 ADC,精度为 12 位,每个 ADC 最多有 16 个外部通道。ADC1 和ADC2 都有 16 个外部通道,ADC3 根据 CPU 引脚的不同通道数也不同,一般都有 8 个外部通道。

二、ADC功能框图

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模块1:电压输入范围
ADC电压输入范围VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。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

模块2:输入通道
STM32的 ADC 多达 18 个通道,其中外部的 16 个通道就是框图中ADCx_IN0、ADCx_IN1…ADCx_IN5。对应着不同的IO口,可查询手册。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。ADC2 的模拟通道 16 和 17 连接到了内部的 VSS。外部的 16 个通道在转换的时候又分为规则通道注入通道,其中规则通道最多有 16 路注入通道最多有 4 路
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stm32f103vet6
规则通道: 规则通道就是很规矩的意思,平时用的就是这种他通道。
注入通道:理解为插入,插队的意思,是一种不安分的通道。注入通道只有在规则通道存在时才会出现。

模块3:转换顺序
规则序列寄存器有 3 个,分别为 SQR3、SQR2、SQR1。 电压检测adc,单片机,stm32,嵌入式硬件
注入序列寄存器JSQR只有一个,最多支持4个通道。
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模块4:触发源
在通道选好,转换顺序设置好,开始转换。ADC 转换可以由 ADC 控制寄存器 2: ADC_CR2 的 ADON 这个位来控制,写 1 的时候开始转换,写 0 的时候停止转换,这个是最简单也是最好理解的开启 ADC 转换的控制方式,理解起来没啥技术含量。
ADC 还支持触发转换,这个触发包括内部定时器触发外部 IO 触发。具体选择哪一种触发源,由 ADC 控制寄存器 2:ADC_CR2 的 EXTSEL[2:0] 和
JEXTSEL[2:0] 位来控制。选定好触发源之后,触发源是否要激活,则由 ADC 控制寄存器 2:ADC_CR2 的EXTTRIG 和 JEXTTRIG 这两位来激活。

模块5:转换时间
1.ADC时钟:ADC 输入时钟 ADC_CLK 由 PCLK2 经过分频产生,最大是 14M,分频因子由 RCC 时钟配置寄存器 RCC_CFGR 的位 15:14 ADCPRE[1:0] 设置,可以是 2/4/6/8 分频,注意这里没有 1 分频。一般我们设置PCLK2=HCLK=72M。
2.采样时间:ADC 的转换时间跟 ADC 的输入时钟和采样时间有关,公式为:Tconv = 采样时间 + 12.5 个周期。当 ADCLK = 14MHZ(最高),采样时间设置为 1.5 周期(最快),那么总的转换时间(最短)Tconv= 1.5 周期 + 12.5 周期 = 14 周期 = 1us。

模块5:数据寄存器
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。
1.规则数据寄存器32位。低 16 位在单 ADC 时使用,高 16 位是在 ADC1 中双模式下保存 ADC2 转换的规则数据,双模式就是 ADC1 和 ADC2 同时使用。在单模式下,ADC1/2/3 都不使用高 16 位。因为 ADC 的精度是 12 位,无论 ADC_DR 的高16 或者低 16 位都放不满,只能左对齐或者右对齐,具体是以哪一种方式存放,由 ADC_CR2 的11 位 ALIGN 设置。
规则通道可以有 16 个这么多,可规则数据寄存器只有一个,如果使用多通道转换,那转换的数据就全部都挤在了 DR 里面,前一个时间点转换的通道数据,就会被下一个时间点的另外一个通道转换的数据覆盖掉,所以当通道转换完成后就应该把数据取走,或者开启 DMA 模式,把数据传输到内存里面,不然就会造成数据的覆盖。最常用的做法就是开启 DMA 传输。

2.注入数据寄存器
ADC 注入组最多有 4 个通道,刚好注入数据寄存器也有 4 个,每个通道对应着自己的寄存器,不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。

模块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:规则通道转换结束中断注入转换通道转换结束中断模拟看门狗中断
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。
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。

模块8:电压转换
模拟电压经过 ADC 转换后,是一个 12 位的数字值,如果通过串口以 16 进制打印出来的话,可读性比较差,那么有时候我们就需要把数字电压转换成模拟电压。ADC 的输入电压范围设定在:0~3.3v,因为 ADC 是 12 位的,
那么 12 位满量程对应的就是 3.3V,12 位满量程对应的数字值是:2^12。数值 0 对应的就是 0V。如果转换后的数值为 X ,X 对应的模拟电压为 Y,那么会有这么一个等式成立:2 ^12 / 3.3 = X/ Y,=> Y = (3.3 * X ) /2 ^12。

三、ADC初始化结构体详解

typedef struct
{
uint32_t Mode; // ADC 工作模式选择
FunctionalState ScanConvMode; /* ADC 扫描(多通道)或者单次(单通道)模式选择 */
FunctionalState ContinuousConvMode; // ADC 单次转换或者连续转换选择
uint32_t ExternalTrigConv; // ADC 转换触发信号选择
uint32_t DataAlign; // ADC 数据寄存器对齐格式
uint8_t NbrOfChannel; // ADC 采集通道数
} ADC_InitTypeDef;

(1)独立模式单通道采集实验-中断读取

编写2个驱动文件:bsp_adc.h 和 bsp_adc.c,用来存放 ADC 所用 IO 引脚的初始化函数以及 ADC 配置相关函数。

编程要点

  1. 初始 ADC 用到的 GPIO;
  2. 设置 ADC 的工作参数并初始化;
  3. 设置 ADC 工作时钟;
  4. 设置 ADC 转换通道顺序及采样时间;
  5. 配置使能 ADC 转换完成中断,在中断内读取转换完数据;
  6. 使能 ADC;
  7. 使能软件触发 ADC 转换。
    ADC 转换结果数据使用中断方式读取,这里没有使用 DMA 进行数据传输。

bsp_adc.h

#ifndef __BSP_ADC_H_
#define __BSP_ADC_H_

#include "stm32f10x.h"

// ADC GPIO宏定义
// 注意:用作ADC采集的IO必须没有复用,否则采集电压会有影响
#define    ADC_GPIO_APBxClock_FUN        RCC_APB2PeriphClockCmd
#define    ADC_GPIO_CLK                  RCC_APB2Periph_GPIOC  
#define    ADC_PORT                      GPIOC
#define    ADC_PIN                       GPIO_Pin_1     

// ADC 编号选择
// 可以是 ADC1/2,如果使用ADC3,中断相关的要改成ADC3的
#define    ADC_APBxClock_FUN             RCC_APB2PeriphClockCmd
#define    ADC_x                         ADC2
#define    ADC_CLK                       RCC_APB2Periph_ADC2   

// ADC 通道宏定义
#define    ADC_CHANNEL                   ADC_Channel_11

// ADC 中断相关宏定义
#define    ADC_IRQ                       ADC1_2_IRQn
#define    ADC_IRQHandler                ADC1_2_IRQHandler

void ADCx_Init(void);

#endif

bsp_adc.c(中断配置)

#include "bsp_adc.h"

static void ADCx_GPIO_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	// 打开 ADC IO端口时钟
	ADC_GPIO_APBxClock_FUN ( ADC_GPIO_CLK, ENABLE );
	
	// 配置 ADC IO 引脚模式
	// 必须为模拟输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	
	// 初始化 ADC IO
	GPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);		
}

static void ADCx_Mode_Config(void)
{
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	
    // 打开ADC时钟
	ADC_APBxClock_FUN ( ADC_CLK, ENABLE );
	
	//ADC模式配置
	//只是用一个ADC,属于独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
	//禁止扫描模式,多通道才需要,单通道不需要
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
	//连续转化模式
	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ADC
	ADC_Init(ADC_x, &ADC_InitStructure);
	
	//配置ADC时钟为CLK的8分频,即9MHz
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
	//配置ADC通道转换顺序为1,第一个转换,采样时间为55.5个时钟周期
	ADC_RegularChannelConfig(ADC_x, ADC_CHANNEL,1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	//ADC转换结束产生中断,在中断服务程序中读取转换值
	ADC_ITConfig(ADC_x, ADC_IT_EOC, ENABLE);
	
	
	//开启ADC,并开始转换
	ADC_Cmd(ADC_x,ENABLE);
	
	// 初始化ADC 校准寄存器  
	ADC_ResetCalibration(ADC_x);
	// 等待校准寄存器初始化完成
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_x));
	
	// ADC开始校准
	ADC_StartCalibration(ADC_x);
	// 等待校准完成
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC_x));
	
	//由于没有采用外部触发,所以使用软件触发ADC转换
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_x,ENABLE);
}

//中断配置
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 = ADC_IRQ;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

/**
  * @brief  ADC初始化
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void ADCx_Init(void)
{
	ADCx_GPIO_Config();
	ADCx_Mode_Config();
	ADC_NVIC_Config();
}

中断服务函数在stm32f10x_it.h中配置

void ADC_IRQHandler(void)
{
	 if(ADC_GetITStatus(ADC_x,ADC_IT_EOC) == SET)
	 {
		 //读取ADC的转换值
		 ADC_ConvertedValue  = ADC_GetConversionValue(ADC_x);
	 }
		 ADC_ClearITPendingBit(ADC_x,ADC_IT_EOC);    //清除RCC的中断挂起位
}

main()函数中

#include "stm32f10x.h"    //相当于51单片中的#include <reg51.h>
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_usart.h" 
#include "bsp_adc.h" 

extern __IO uint16_t ADC_ConvertedValue;   //__IO

// 局部变量,用于保存转换计算后的电压值 	 
float ADC_ConvertedValueLocal;   

// 软件延时
void Delay(__IO uint32_t nCount)
{
  for(; nCount != 0; nCount--);
} 

int main(void)
{
   //配置串口
	 USART_Config(); 
	 //ADC初始化
	 ADCx_Init();
	
	 printf("\r\n ----这是一个ADC单通道中断读取实验----\r\n");
	
	 while(1)
	{
	    ADC_ConvertedValueLocal = (float)ADC_ConvertedValue/4096*3.3;
		  printf("\r\n the current AD value = 0x%04x \r\n",ADC_ConvertedValue);
		  printf("\r\n the current AD value = %f  V \r\n",ADC_ConvertedValueLocal);
		  printf("\r\n\r\n");
		  Delay(0XFFFFEE);
	}
}

(2)独立模式-单通道-DMA读取(不占用CPU)

1.读取数据较多时用,需要速度较快时,用DMA读取
在stm32f103中,只有ADC1和ADC3具有DMA请求,ADC2不具有,此处只是使用了ADC1传输。
bsp_adc.h

#ifndef __BSP_ADC_H_
#define __BSP_ADC_H_

#include "stm32f10x.h"

// ADC GPIO宏定义
// 注意:用作ADC采集的IO必须没有复用,否则采集电压会有影响
#define    ADC_GPIO_APBxClock_FUN        RCC_APB2PeriphClockCmd
#define    ADC_GPIO_CLK                  RCC_APB2Periph_GPIOC  
#define    ADC_PORT                      GPIOC
#define    ADC_PIN                       GPIO_Pin_1   

// ADC 编号选择
// 可以是 ADC1/2,如果使用ADC3,中断相关的要改成ADC3的
#define    ADC_APBxClock_FUN             RCC_APB2PeriphClockCmd
#define    ADC_x                         ADC1
#define    ADC_CLK                       RCC_APB2Periph_ADC1

// ADC 通道宏定义
#define   ADC_CHANNEL                   ADC_Channel_11

//此处时DMA的宏定义
#define   ADC_DMA_CLK                   RCC_AHBPeriph_DMA1
#define   ADC_DMA_CHANNEL               DMA1_Channel1

void ADCx_Init(void);

#endif

bsp_adc.c

#include "bsp_adc.h"

__IO uint16_t ADC_ConvertedValue;

static void ADCx_GPIO_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	// 打开 ADC IO端口时钟
	ADC_GPIO_APBxClock_FUN ( ADC_GPIO_CLK, ENABLE );
	
	// 配置 ADC IO 引脚模式
	// 必须为模拟输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	
	// 初始化 ADC IO
	GPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);		
}

static void ADCx_Mode_Config(void)
{
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
	// 打开DMA时钟
	RCC_AHBPeriphClockCmd(ADC_DMA_CLK, ENABLE);
	// 复位DMA控制器
	DMA_DeInit(ADC_DMA_CHANNEL);
	
	// 配置 DMA 初始化结构体
	// 外设基址为:ADC 数据寄存器地址
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ( uint32_t ) ( & ( ADC_x->DR ) );
	// 存储器地址,实际上就是一个内部SRAM的变量
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&ADC_ConvertedValue;
	// 数据源来自外设
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
	// 缓冲区大小为1,缓冲区的大小应该等于存储器的大小
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1;
	// 外设寄存器只有一个,地址不用递增
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
	// 存储器地址固定
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable; 
	// 外设数据大小为半字,即两个字节
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
	// 存储器数据大小也为半字,跟外设数据大小相同
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
	// 循环传输模式
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;	
  // DMA 传输通道优先级为高,当使用一个DMA通道时,优先级设置不影响
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
	// 禁止存储器到存储器模式,因为是从外设到存储器
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
	// 初始化DMA
	DMA_Init(ADC_DMA_CHANNEL, &DMA_InitStructure);
	// 使能 DMA 通道
	DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL , ENABLE);	
	
/*..............................................................*/
	
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	
    // 打开ADC时钟
	ADC_APBxClock_FUN ( ADC_CLK, ENABLE );
	
	//ADC模式配置
	//只是用一个ADC,属于独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
	//禁止扫描模式,多通道才需要,单通道不需要
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
	//连续转化模式
	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ADC
	ADC_Init(ADC_x, &ADC_InitStructure);
	
	//配置ADC时钟为CLK的8分频,即9MHz
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
	//配置ADC通道转换顺序为1,第一个转换,采样时间为55.5个时钟周期
	ADC_RegularChannelConfig(ADC_x, ADC_CHANNEL,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);

    //使能ADC_DMA请求
	ADC_DMACmd(ADC_x,ENABLE);
	//开启ADC,并开始转换
	ADC_Cmd(ADC_x,ENABLE);
	
	// 初始化ADC 校准寄存器  
	ADC_ResetCalibration(ADC_x);
	// 等待校准寄存器初始化完成
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_x));
	
	// ADC开始校准
	ADC_StartCalibration(ADC_x);
	// 等待校准完成
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC_x));
	
	//由于没有采用外部触发,所以使用软件触发ADC转换
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_x,ENABLE);
}

/**
  * @brief  ADC初始化
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void ADCx_Init(void)
{
	ADCx_GPIO_Config();
	ADCx_Mode_Config();
}

main()函数中还是同样的。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-610973.html

到了这里,关于ADC——电压采集的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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