STM32中使用ADC的方法

ADC简介

ADC（Analog-Digital Converter）即 模拟-数字转换器。
它的作用是将引脚上连续变化的模拟电压，转换为内存中存储的数字量。

• STM32中的ADC是12位逐次逼近型ADC，最快转换速度大约1us。

• 它有多达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。 包含规则组与注入组两个转换单元。

• ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+；

• 对于64脚以上的封装，可以外接独立参考电压到 VREF+与 VREF-引脚上来获得更高的精度，其中
  VREF+的电压范围为2.4V～VDDA。

• 对于64脚及以下的封装形式，是没有 VREF+与 VREF-引脚的，他们在芯片内部与ADC的电源(VDDA)和地(VSSA)相联。

• 通常输入范围为0～3.3V，因为他是12位逐次逼近型ADC，所有转换结果的范围是0～4095
  （0～1111 1111 1111）。

还可以设置模拟看门狗来监测想要的值，达到后会产生中断，这样就不需要一直进中断去判断，在一定程度上节省了软件资源。

何为逐次逼近

将输入的电压与DAC输出的电压进行比较，通过不断的修改DAC输出的值，找到相同的电压值，将其数字量输出。

一般会使用二分法以最快的找到目标值，首先比较2048，也就是二进制下的1000 0000 0000，然后根据结果依次移位，这也是逐次逼近名称的来源。

三角形表示比较器，从图中可以看出DAC输出的比较值会不断迭代，直到结果符合才输出数字量。

关于通道与转换单元

先看一下文档中的框图

一共18个通道，包含可测量的16个外部通道（ADCx_IN0~ADCx_IN15），两个内部信号源，一个温度传感器，与一个内部参考电压（V REFINT）。

其中温度传感器和通道ADC1_IN16相连接，内部参考电压VREFINT和ADC1_IN17相连接。可以按注入或规则通道对这两个内部通道进行转换。需要注意的是，这两个通道只在ADC1中有。

模拟的电压通过我们选择的通道经过多路选择开关，到达我们选择的转换单元，之后经过逐次比较，得到的数字量最终被存放到各个转换单元所对应的寄存器中。

• 注入组最多可以设置 4 个通道，其寄存器可以同时存储四个转换结果。
• 而规则组可以设置 16 个通道，但其寄存器只能存储一个转换结果，也就是说，当转换一次后需要立即读取数据，否则就会被下一个数据覆盖。一般会使用DMA配合进行快速转移数据。

ADC的触发方式

可以使用软件触发，将ADCx_CR2寄存器中的ADON位置1即可。

也可直接调用库函数

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);

也可使用定时器作为他的外部触发源，使用库函数的配置方法如下：

ADC_InitTypeDef adc_initStructure;
...
adc_initStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; // 不使用外部触发方法
...

可选的参数有：

#define ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1                ((uint32_t)0x00000000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_T1_CC2                ((uint32_t)0x00020000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_T2_CC2                ((uint32_t)0x00060000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO               ((uint32_t)0x00080000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_T4_CC4                ((uint32_t)0x000A0000) /*!< For ADC1 and ADC2 */
#define ADC_ExternalTrigConv_Ext_IT11_TIM8_TRGO    ((uint32_t)0x000C0000) /*!< For ADC1 and ADC2 */

#define ADC_ExternalTrigConv_T1_CC3                ((uint32_t)0x00040000) /*!< For ADC1, ADC2 and ADC3 */
#define ADC_ExternalTrigConv_None                  ((uint32_t)0x000E0000) /*!< For ADC1, ADC2 and ADC3 */

#define ADC_ExternalTrigConv_T3_CC1                ((uint32_t)0x00000000) /*!< For ADC3 only */
#define ADC_ExternalTrigConv_T2_CC3                ((uint32_t)0x00020000) /*!< For ADC3 only */
#define ADC_ExternalTrigConv_T8_CC1                ((uint32_t)0x00060000) /*!< For ADC3 only */
#define ADC_ExternalTrigConv_T8_TRGO               ((uint32_t)0x00080000) /*!< For ADC3 only */
#define ADC_ExternalTrigConv_T5_CC1                ((uint32_t)0x000A0000) /*!< For ADC3 only */
#define ADC_ExternalTrigConv_T5_CC3                ((uint32_t)0x000C0000) /*!< For ADC3 only */

ADC时钟

ADC时钟的最大支持为14Mhz，并且其时钟来源于RCC的预分频。

可以看到RCC的最大值为72Mhz，可选的预分频值为2，4，6，8，当选择4分频时，得到的频率为18Mhz，大于最大允许的值，故只有6和8是实际可供选择的。

库函数配置方法如下：

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); // 配置ADC时钟，为PCLK2的8分频，即9MHz,ADC频率最高不能超过14MHz

ADC转换模式的选择

首先对于转换通道数量可以选择 非扫描模式（Single）或扫描模式（Scan），由ADCx_CCR1上的SCAN位控制。

• 非扫描模式只对一个通道进行转换，转换完成后产生EOC标志
• 扫描模式是在完成所有指定通道的转换后才产生EOC标志

对于转换方式则有 单次转换模式（Single）与 连续转换模式（Continuous），由ADCx_CCR2上的CONT位控制。

• 单次转换模式在一次转换完成后，ADC转换停止，直到下一次开启
• 连续转换模式则会在这一次转换完成后立即进入下一次转换

另外，还有一种间断模式，这个模式可以让我们设置每次进入ADC后转换的通道数量，这里的通道数量是指将选择的通道截短成多个小节，每个小节的通道个数为n，每次转换时，只转换一个小节，并且在转换完最后一个小节时，将EOC置位。

adc_initStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;                  // 设置为连续转换
adc_initStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;                        // 设置为扫描模式

寄存器中的介绍为：

  FunctionalState ADC_ScanConvMode;       /*!< Specifies whether the conversion is performed in
                                               Scan (multichannels) or Single (one channel) mode.
                                               This parameter can be set to ENABLE or DISABLE */

  FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; /*!< Specifies whether the conversion is performed in
                                               Continuous or Single mode.
                                               This parameter can be set to ENABLE or DISABLE. */

数据对齐

由于32芯片上转换出的是12位的数字量，而寄存器为16位寄存器，故存在左对齐与右对齐之分。

一般都会选择右对齐，因为其结果是与实际值相等的。
若选择左对齐，则其结果比实际值要大，可以使用左对齐来裁剪转换精度，如只提取前八位，则获得到一个8位ADC。

关于ADC校准

ADC内置有一个校准模式，通过记录内部电容电阻的变化，计算出一个修正码，会在之后的转换中使用这个修正码消除误差，实际上就是消除零漂。

通常会选择在上电后进行校准操作。

校准过程如下：

	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);		//使能ADC1
    ADC_ResetCalibration(ADC1);		//校准复位
    while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET)		//等待复位完成
        ;
    ADC_StartCalibration(ADC1);		//开始校准
    while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET)		//等待校准完成
        ;

配置方法

首先将想要作为输入通道的管脚设置为 模拟输入模式（GPIO_MODE_AIN），并开启时钟：

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef gpio_initStructure;
    
    gpio_initStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    gpio_initStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initStructure);

也可以使用寄存器快速便捷的配置IO口：

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

	GPIOA->CRL |= 0x00000000;

这里给一个GPIO管脚对应转换通道的表格：

其次是ADC的有关配置：

    adc_initStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                  // ADC模式为独立模式，不是双ADC就选这个
    adc_initStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;              // 数据对齐方式，右对齐
    adc_initStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; // 外部触发方法
    adc_initStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;                  // 设置为单次转换
    adc_initStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;                        // 设置为非扫描模式
    adc_initStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;                             // 扫描模式通道数量设置

    ADC_Init(ADC1, &adc_initStructure);

    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); // 配置ADC时钟，为PCLK2的8分频，即9MHz,ADC频率最高不能超过14MHz

	//校准的过程
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET)
        ;
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET)
        ;

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		//软件启动ADC

可以使用以下函数读取ADC的值，也可自己另写其他的：

u16 adc_get_value(u8 ch)
{
    u32 temp_val = 0;

    // ADC1,ADC 通道,转换结果存放的次序,55.5 个周期
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 使能指定的 ADC1 的软件转换启动功能

    while (!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)) // 等待转换结束
        ;
    temp_val = ADC_GetConversionValue(ADC1);
    delay_ms(5);

    return temp_val;
}

最后展示一个用ADC配合DMA转换读取摇杆的值的例程：文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-764618.html

#define ADC1_DR_Address ((u32)0x40012400 + 0x4c)

__IO u16 adc_buffer[2];

void adc_gpio_config(void)
{
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIOA->CRL |= 0x00000000;

    // GPIO_InitTypeDef gpio_initStructure;
    // gpio_initStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    // gpio_initStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
    // GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initStructure);
}

void adc_mode_config(void)
{
    DMA_InitTypeDef dma_initStructure;
    ADC_InitTypeDef adc_initStructure;

    DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
    dma_initStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;
    dma_initStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
    dma_initStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    dma_initStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&adc_buffer;
    dma_initStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
    dma_initStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    dma_initStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
    dma_initStructure.DMA_BufferSize = 2;
    dma_initStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
    dma_initStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
    dma_initStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
    DMA_Init(DMA1_Channel1, &dma_initStructure);

    DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);

    adc_initStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                  // adc模式
    adc_initStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;              // 数据对齐方式
    adc_initStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; // 外部触发方法
    adc_initStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;                  // 是否连续扫描
    adc_initStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;                        // 设置转换方式为扫描模式
    adc_initStructure.ADC_NbrOfChannel = 2;                             // 扫描模式通道数量设置

    ADC_Init(ADC1, &adc_initStructure);

    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); // 配置ADC时钟，为PCLK2的8分频，即9MHz,ADC频率最高不能超过14MHz

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5);

    ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET)
        ;
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET)
        ;

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}

void adc_init(void)
{
    adc_gpio_config();
    adc_mode_config();
}

void adc_data_handle(u16 *data_buffer)
{
    u32 temp_buffer[2] = {0, 0};

    for (u8 i = 0; i < 15; i++)
    {
        temp_buffer[0] += adc_buffer[0];
        temp_buffer[1] += adc_buffer[1];
    }

    temp_buffer[0] = temp_buffer[0] / 15;
    temp_buffer[1] = temp_buffer[1] / 15;

    // 消除抖动与存在误差的部分，个位与十位
    temp_buffer[0] -= temp_buffer[0] % 100;
    temp_buffer[1] -= temp_buffer[1] % 100;

    // data_buffer[0] = (float)temp_buffer[0] / 4096 * 500;
    // data_buffer[1] = (float)temp_buffer[1] / 4096 * 500;
    data_buffer[0] = (float)temp_buffer[0] / 4000 * 500;
    data_buffer[1] = (float)temp_buffer[1] / 4000 * 500;
    // data_buffer[0] = temp_buffer[0];
    // data_buffer[1] = temp_buffer[1];
}

到了这里，关于STM32中使用ADC的方法的文章就介绍完了。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！