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2023-07-08 00:16:16
STM32入門篇—ADC教程
2023-07-08 00:16:16 來源: Tech云
1、main.c 簡單清楚地一個例程，一個簡單的ADC例程，調(diào)用了A0引腳測量電壓值。
(資料圖片僅供參考)
2、ADC初始化，PTA0
M_ADC_Init(ADC1, ADC_CH0_Pin, ADC_ExternalTrigConv_None, 1, Rank_1);
3、ADC初始化---ADC_CH0_Pin的選擇
4、ADC初始化---ADC_ExternalTrigConv_None的****選擇
使用軟件觸發(fā)，一般不需要更改這個配置。
5、ADC初始化--- 1的選擇通道數(shù)：
**6、**ADC初始化--- Rank_1的采樣順序：
7、ADC采樣： M_ADCx_GetValue(ADC_TypeDef* ADCx);
8、ADC采樣再解釋：
掌握了ADC的功能框圖，就可以對ADC有一個整體的把握，在編程的時候可以做到了然如胸，不會一知半解。框圖講解采用從左到右的方式，跟ADC采集數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)的方向大概一致。
(1). ①電壓輸入范圍ADC輸入范圍為：VREF- ≤ V ≤ VINREF+。由V REF-、VREF+、VDDA、V SSA、這四個外部引腳決定。
我們在設(shè)計原理圖的時候一般把VSSA和V REF-接地，把V REF+和VDDA接3V3，得到ADC的輸入電壓范圍為：0~3.3V。
如果我們想讓輸入的電壓范圍變寬，去到可以測試負電壓或者更高的正電壓，我們可以在外部加一個電壓調(diào)理電路，把需要轉(zhuǎn)換的電壓抬升或者降壓到0~3.3V，這樣ADC就可以測量了。
(2). ②輸入通道我們確定好ADC輸入電壓之后，那么電壓怎么輸入到ADC？這里我們引入通道的概念，STM32的ADC多達19個通道，其中外部的16個通道就是框圖中的ADCx_IN0、ADCx_IN1...ADCx_IN5。這16個通道對應(yīng)著不同的IO口，具體是哪一個IO口可以從手冊查詢到。其中ADC1/2/3還有內(nèi)部通道： ADC1的通道ADC1_IN16連接到內(nèi)部的VSS，通道ADC1_IN17連接到了內(nèi)部參考電壓VREFINT連接，通道ADC1_IN18連接到了芯片內(nèi)部的溫度傳感器或者備用電源V BAT。ADC2和ADC3的通道16、17、18全部連接到了內(nèi)部的VSS。
圖 02 STM32F429IGT6 ADC 通道
外部的16個通道在轉(zhuǎn)換的時候又分為規(guī)則通道和注入通道，其中規(guī)則通道最多有16路，注入通道最多有4路。那這兩個通道有什么區(qū)別？在什么時候使用？
規(guī)則通道規(guī)則通道：顧名思意，規(guī)則通道就是很規(guī)矩的意思，我們平時一般使用的就是這個通道，或者應(yīng)該說我們用到的都是這個通道，沒有什么特別要注意的可講。
注入通道注入，可以理解為插入，插隊的意思，是一種不安分的通道。它是一種在規(guī)則通道轉(zhuǎn)換的時候強行插入要轉(zhuǎn)換的一種。如果在規(guī)則通道轉(zhuǎn)換過程中，有注入通道插隊，那么就要先轉(zhuǎn)換完注入通道，等注入通道轉(zhuǎn)換完成后，再回到規(guī)則通道的轉(zhuǎn)換流程。這點跟中斷程序很像，都是不安分的主。所以，注入通道只有在規(guī)則通道存在時才會出現(xiàn)。
(3). ③轉(zhuǎn)換順序規(guī)則序列規(guī)則序列寄存器有3個，分別為SQR3、SQR2、SQR1。SQR3控制著規(guī)則序列中的第一個到第六個轉(zhuǎn)換，對應(yīng)的位為：SQ1[4:0]~SQ6[4:0]，第一次轉(zhuǎn)換的是位4:0 SQ1[4:0]，如果通道16想第一次轉(zhuǎn)換，那么在SQ1[4:0]寫16即可。SQR2控制著規(guī)則序列中的第7到第12個轉(zhuǎn)換，對應(yīng)的位為：SQ7[4:0]~SQ12[4:0]，如果通道1想第8個轉(zhuǎn)換，則SQ8[4:0]寫1即可。SQR1控制著規(guī)則序列中的第13到第16個轉(zhuǎn)換，對應(yīng)位為：SQ13[4:0]~SQ16[4:0]，如果通道6想第10個轉(zhuǎn)換，則SQ10[4:0]寫6即可。具體使用多少個通道，由SQR1的位L[3:0]決定，最多16個通道。
圖 03 規(guī)則序列寄存器
注入序列注入序列寄存器JSQR只有一個，最多支持4個通道，具體多少個由JSQR的JL[2:0]決定。如果JL的值小于4的話，則JSQR跟SQR決定轉(zhuǎn)換順序的設(shè)置不一樣，第一次轉(zhuǎn)換的不是JSQR1[4:0]，而是JCQRx[4:0] ，x = （4-JL），跟SQR剛好相反。如果JL=00（1個轉(zhuǎn)換），那么轉(zhuǎn)換的順序是從JSQR4[4:0]開始，而不是從JSQR1[4:0]開始，這個要注意，編程的時候不要搞錯。當JL等于4時，跟SQR一樣。
圖 04 注入序列寄存器
(4). ④觸發(fā)源通道選好了，轉(zhuǎn)換的順序也設(shè)置好了，那接下來就該開始轉(zhuǎn)換了。ADC轉(zhuǎn)換可以由ADC控制寄存器2: ADC_CR2的ADON這個位來控制，寫1的時候開始轉(zhuǎn)換，寫0的時候停止轉(zhuǎn)換，這個是最簡單也是最好理解的開啟ADC轉(zhuǎn)換的控制方式，理解起來沒啥技術(shù)含量。
除了這種庶民式的控制方法，ADC還支持外部事件觸發(fā)轉(zhuǎn)換，這個觸發(fā)包括內(nèi)部定時器觸發(fā)和外部IO觸發(fā)。觸發(fā)源有很多，具體選擇哪一種觸發(fā)源，由ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTSEL[2:0]和JEXTSEL[2:0]位來控制。EXTSEL[2:0]用于選擇規(guī)則通道的觸發(fā)源，JEXTSEL[2:0]用于選擇注入通道的觸發(fā)源。選定好觸發(fā)源之后，觸發(fā)源是否要激活，則由ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTTRIG和JEXTTRIG這兩位來激活。
如果使能了外部觸發(fā)事件，我們還可以通過設(shè)置ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTEN[1:0]和JEXTEN[1:0]來控制觸發(fā)極性，可以有4種狀態(tài)，分別是：禁止觸發(fā)檢測、上升沿檢測、下降沿檢測以及上升沿和下降沿均檢測。
(5). ⑤轉(zhuǎn)換時間ADC時鐘ADC輸入時鐘ADC_CLK由PCLK2經(jīng)過分頻產(chǎn)生，最大值是36MHz，典型值為30MHz，分頻因子由ADC通用控制寄存器ADC_CCR的ADCPRE[1:0]設(shè)置，可設(shè)置的分頻系數(shù)有2、4、6和8，注意這里沒有1分頻。對于STM32F429IGT6我們一般設(shè)置PCLK2=HCLK/2=90MHz。所以程序一般使用4分頻或者6分頻。
采樣時間ADC需要若干個ADC_CLK周期完成對輸入的電壓進行采樣，采樣的周期數(shù)可通過ADC 采樣時間寄存器ADC_SMPR1和ADC_SMPR2中的SMP[2:0]位設(shè)置，ADC_SMPR2控制的是通道09，ADC_SMPR1控制的是通道1017。每個通道可以分別用不同的時間采樣。其中采樣周期最小是3個，即如果我們要達到最快的采樣，那么應(yīng)該設(shè)置采樣周期為3個周期，這里說的周期就是1/ADC_CLK。
ADC的總轉(zhuǎn)換時間跟ADC的輸入時鐘和采樣時間有關(guān)，公式為：
Tconv = 采樣時間 + 12個周期
當ADCCLK = 30MHz，即PCLK2為60MHz，ADC時鐘為2分頻，采樣時間設(shè)置為3個周期，那么總的轉(zhuǎn)換時為：Tconv = 3 + 12 = 15個周期 =0.5us。
一般我們設(shè)置PCLK2=90MHz，經(jīng)過ADC預分頻器能分頻到最大的時鐘只能是22.5M，采樣周期設(shè)置為3個周期，算出最短的轉(zhuǎn)換時間為0.6667us，這個才是最常用的。
(6). ⑥數(shù)據(jù)寄存器一切準備就緒后，ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)換組的不同，規(guī)則組的數(shù)據(jù)放在ADC_DR寄存器，注入組的數(shù)據(jù)放在JDRx。如果是使用雙重或者三重模式那規(guī)矩組的數(shù)據(jù)是存放在通用規(guī)矩寄存器ADC_CDR內(nèi)的。
規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器ADC_DRADC規(guī)則組數(shù)據(jù)寄存器ADC_DR只有一個，是一個32位的寄存器，只有低16位有效并且只是用于獨立模式存放轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)。因為ADC的最大精度是12位，ADC_DR是16位有效，這樣允許ADC存放數(shù)據(jù)時候選擇左對齊或者右對齊，具體是以哪一種方式存放，由ADC_CR2的11位ALIGN設(shè)置。假如設(shè)置ADC精度為12位，如果設(shè)置數(shù)據(jù)為左對齊，那AD轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)存放在ADC_DR寄存器的[4:15]位內(nèi)；如果為右對齊，則存放在ADC_DR寄存器的[0:11]位內(nèi)。
規(guī)則通道可以有16個這么多，可規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器只有一個，如果使用多通道轉(zhuǎn)換，那轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就全部都擠在了DR里面，前一個時間點轉(zhuǎn)換的通道數(shù)據(jù)，就會被下一個時間點的另外一個通道轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)覆蓋掉，所以當通道轉(zhuǎn)換完成后就應(yīng)該把數(shù)據(jù)取走，或者開啟DMA模式，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)存里面，不然就會造成數(shù)據(jù)的覆蓋。最常用的做法就是開啟DMA傳輸。
如果沒有使用DMA傳輸，我們一般都需要使用ADC狀態(tài)寄存器ADC_SR獲取當前ADC轉(zhuǎn)換的進度狀態(tài)，進而進行程序控制。
注入數(shù)據(jù)寄存器ADC_JDRxADC注入組最多有4個通道，剛好注入數(shù)據(jù)寄存器也有4個，每個通道對應(yīng)著自己的寄存器，不會跟規(guī)則寄存器那樣產(chǎn)生數(shù)據(jù)覆蓋的問題。ADC_JDRx是32位的，低16位有效，高16位保留，數(shù)據(jù)同樣分為左對齊和右對齊，具體是以哪一種方式存放，由ADC_CR2的11位ALIGN設(shè)置。
通用規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器ADC_CDR規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器ADC_DR是僅適用于獨立模式的，而通用規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器ADC_CDR是適用于雙重和三重模式的。獨立模式就是僅僅適用三個ADC的其中一個，雙重模式就是同時使用ADC1和ADC2，而三重模式就是三個ADC同時使用。在雙重或者三重模式下一般需要配合DMA數(shù)據(jù)傳輸使用。
(7). ⑦中斷轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可以產(chǎn)生中斷，中斷分為四種：規(guī)則通道轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷，注入轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷，模擬看門狗中斷和溢出中斷。其中轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷很好理解，跟我們平時接觸的中斷一樣，有相應(yīng)的中斷標志位和中斷使能位，我們還可以根據(jù)中斷類型寫相應(yīng)配套的中斷服務(wù)程序。
模擬看門狗中斷當被ADC轉(zhuǎn)換的模擬電壓低于低閾值或者高于高閾值時，就會產(chǎn)生中斷，前提是我們開啟了模擬看門狗中斷，其中低閾值和高閾值由ADC_LTR和ADC_HTR設(shè)置。例如我們設(shè)置高閾值是2.5V，那么模擬電壓超過2.5V的時候，就會產(chǎn)生模擬看門狗中斷，反之低閾值也一樣。
溢出中斷如果發(fā)生DMA傳輸數(shù)據(jù)丟失，會置位ADC狀態(tài)寄存器ADC_SR的OVR位，如果同時使能了溢出中斷，那在轉(zhuǎn)換結(jié)束后會產(chǎn)生一個溢出中斷。
DMA請求規(guī)則和注入通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，除了產(chǎn)生中斷外，還可以產(chǎn)生DMA請求，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)直接存儲在內(nèi)存里面。對于獨立模式的多通道AD轉(zhuǎn)換使用DMA傳輸非常有必須要，程序編程簡化了很多。對于雙重或三重模式使用DMA傳輸幾乎可以說是必要的。有關(guān)DMA請求需要配合《STM32F4xx中文參考手冊》DMA控制器這一章節(jié)來學習。一般我們在使用ADC的時候都會開啟DMA傳輸。
(8). ⑧電壓轉(zhuǎn)換模擬電壓經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換后，是一個相對精度的數(shù)字值，如果通過串口以16進制打印出來的話，可讀性比較差，那么有時候我們就需要把數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成模擬電壓，也可以跟實際的模擬電壓（用萬用表測）對比，看看轉(zhuǎn)換是否準確。
我們一般在設(shè)計原理圖的時候會把ADC的輸入電壓范圍設(shè)定在：0~3.3v，如果設(shè)置ADC為12位的，那么12位滿量程對應(yīng)的就是3.3V，12位滿量程對應(yīng)的數(shù)字值是：2^12。數(shù)值0對應(yīng)的就是0V。如果轉(zhuǎn)換后的數(shù)值為 X ，X對應(yīng)的模擬電壓為Y，那么會有這么一個等式成立： 2^12 / 3.3 = X / Y，=> Y = (3.3 * X ) / 2^12。
關(guān)鍵詞：
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