【STM32】标准库 ADC模数转换器

ADC（Analog-Digital Converter）模拟-数字转换器

ADC可以将引脚上连续变化的模拟电压转换为内存中存储的数字变量，建立模拟电路到数字电路的桥梁

12位逐次逼近型ADC，1us转换时间（12位与1微秒，分别表示ADC的两个重要参数，一个是分辨率：多少位就表示0~2的多少次方减1这个范围，也就是量化结果的范围，位数越高，量化越精细，分辨率就越高，第二个是时间，就是转换频率，AD转换需要一定时间，表示从AD转换开始一次道结束，需要1微秒的时间，对应频率就是1MHz，这个是STM32的最快转换频率了，若待转换信号频率比这个数更高，就要考虑自己的转换频率够不够咯。）

输入电压范围：0~3.3V，转换结果范围：0~4095（输入电压以及转换结果是一个线性关系，输入电压乘以一个系数，就会等于转换结果）

18个输入通道，可测量16个外部（IO口，接模拟量就好了）和2个内部信号源（内部温度传感器（可以测CPU温度）以及内部参考电压（1.2V左右的参考电压，不随外部供电电压变化的，如果外部输入的电压不对，可以使用参考电压进行进行校正））

规则组和注入组两个转换单元（普通的ADC都是启动一次转换读一次值，但是STM32比较高级，就是列一个组，连续转换多个值，而这些组分为常规使用的规则组以及突发事件的注入组）

模拟看门狗自动监测输入电压范围（一般测量温度，光强这些值，并且经常使用，在待测量高于或者低于某些值的时候，进入中断执行操作，这个高于还是低于就是用看门口进行判断，有了这个东西就不用再手动读值进行判断了）

STM32F103C8T6 ADC资源：ADC1、ADC2，10个外部输入通道（最多18个，我们这个芯片比较少，10个）

 ADC0809的内部结构，这个并不是STM32的ADC内部结构，只是举例说明。

地址锁存和译码，是通过这个东西控制通道选择开关，控制选择哪一路的输入信号输入。

进来之后，DAC就会输出一个一直编码的电压与输入电压进行比较，它的大小与寄存器SAR有关，这里是8位寄存器，取值范围就是0~255，利用二分法与输入电压进行比较，大于则减小电压再比较，直到与输入电压近似相等。

二分法的每一次判断的数值其实都是二的每一位权重，二分法的过程其实就是判断寄存器的每一位是0还是1的过程。这就是逐渐逼近型名字的来源。对于8位寄存器，从高位到地位判断八次就能得到输入电压的编码了。

ADC结束之后，DAC的输入数据就是输入电压的编码，然后再三态锁存缓冲器进行输出，几位就几个输出。

EOC是转换结束信号，START给一个输入脉冲转换开始，Clock是时钟信号，因为ADC内部是一步一步进行判断的，需要时钟推动。

Vref是DAC的参考电压，对于这八位的寄存器来说，255对应的是5V还是3.3v,由这个参考电压决定，因为两者是线性关系，同样这个也是ADC的参考电压，因为DAC是检测ADC的，有一个最大值，间接就是ADC的参考电压。

VCC跟GND跟Vref+以及Vref-接在一起。

这个是STM32的ADC结构图

 IN0~IN15是ADC的十六个GPIO口通道，以及内部两个通道：温度传感器以及Vrefint内部参考电压。模拟多路开关选择想要的通道，在进入模数转换器进行逐次比较，转换结果放在寄存器中，读取数值就知道转换的结果了。对于普通的AD转换，一般只能读取一个通道的值，但是这里比较高级，可以读取多个通道的值，规则通道组可以选择16个通道，注入通道组可以选择4个。

但是规则通道组有个毛病，就是虽然可以同时转换16个通道，但是他的寄存器只能存放一个结果，如果都传送过去会被挤掉，只保留最后一个数值，所以一般配合DMA使用，把结果传送走保留起来。注入组则是可以同时放上去四个数值。

触发ADC有软件触发以及硬件触发两种，软件触发就是输入软件指令进行触发，硬件触发则是根据上图控制位的两个通道触发。

在ADC转换的时候需要一段时间，一般情况使用延迟函数延迟一定时间然后进入中断再读取数值，但是频繁中断不好，占用软件CPU资源，所以一般用定时器设定一定的时间1，然后到达一定时间就产生一个更新事件，然后映射到TRGO即可，然后ADC也选择TRGO输入，这便是通过硬件自动触发ADC。当然还有其他方式。

一般来说Vref+接VDDA，Vref-接VSSA。决定输入电压的范围。

对于ADCCLK，他的时钟来源就是下图时钟树这里，这里有些尴尬，虽然他最大是124MHz，但是它达不到这个值，因为输入最大72MHz，二分频四分频都超过14MHz，所以一般只能用6.8分频。

DMA数据转运：

对于模拟看门狗，他可以设置一个与之上限以及阈值下限，当看门狗所看的寄存器转换之后的数值高于或者低于这个范围的话，看门狗就会乱叫，在状态寄存器置标志位，然后如果后续使能的话，会走过去，然后再NVIC中申请中断。

注入寄存器以及规则寄存器中，当数据转换完成的时候，都会在转台寄存器中置标志位，读取其中的值就知道完成转换没有，同样使能后也可以到NVIC中生申请中断。

右下角的开关控制，就是ADC_cmd函数，给ADC模块供电。

这是ADC的对应引脚表格，注意到ADC1，2都是在同一个引脚，这其实就是ADC的双ADC模式，就是两个ADC一起工作，可以配置成交叉模式，同步模式，交叉模式就是两个ADC对同一个通道采样，相当于你一拳我一拳这样，频率更高效果更好。当然也可以分开使用，分别对不同的引脚采样。

注意表格中只有ADC1有温度传感器以及内部参考电压，ADC3有一些也没有。

这个表格不代表是这款芯片的所有都有，有一些引脚没有的自然也就没有这个通道。

转换模式有四种，转换模式以及扫描模式的互相搭配，四种情况：

 这个表是规则组的菜单，模式就是每一次转换都需要触发一次，才能进行，这个非扫描的模式下只有第一个位置有效。在序列1选择我们想要读取的通道，触发转换后，经过一段时间转化完成，对EOC进行标志1，转换完成，就可以在寄存器读取结果啦。要想再一次进行转换，就要再次进行触发，如果想换通道，就在转换之前把通道换成需要的。

 这个之处发一次，然后就会一直在转换，不用查读没读完EOC的值，直接就读寄存器的值就行

单次转换的意思就是每一轮转换都需要手动触发一次，一轮就是要把序列中的通道都读一遍的意思，扫描模式就是要把序列中的通道输入都读一遍，非扫描就是只读第一个。而且序列中的值都是也可以重复的。

有个参数，通道数目，这个值就是扫描前几个序列的意思，扫描完成之后，就会产生EOC信号表示结束。手动触发进行新一轮的转换。

 一次转换完成之后，开始下一次转换。

还有一个间断模式，就是在每读几个序列的时候，就开始停止一下，需要再次触发重新读取。

 本芯片的ADC的数据是12位的，而寄存器是16位的，存在数据对齐问题，一般用右对齐，因为一读取出来就是数值了，左对齐就是把结果放大了，左边移动以为就相当于把数据乘以2的n次方了。

左对齐的作用就是如果不想要右对齐的时候那么高的分辨率，就用左对齐，然后只要高八位，把后面的都切掉，那就变成八位寄存器数值了，然后

AD转换需要一定时间，在这一段时间内，输入的待检测电压会发生抖动，所以电压不稳定，后续AD转换没有稳定的输入电压转换就不准确，所以在转化之前需要进行采样保持，也就是在输入端接上一个电容，一段时间之后断开连接，然后利用电容的充放电特性给ADC供稳定电压。保持的一段时间成为采样时间。采样时间越大，外部输入毛刺的干扰就越小。而12.5个ADC周期是量化编码花费的时间，12位ADC话费12个周期，至于0.5应该是用来做别的事情了。

上图举例的那里是ADC转换的最快时间。如果把ADCCLK设置比14MHz大，ADC就超频了，虽然可以降低转换的时间，但是却没办法确保稳定性。

 这个是校准功能，只需要几行代码就可以实现，不用太过深入。

 图一徒儿都是分压电路，输入是跟GND连接的那个电阻的电压，第三个图就是当输入大于规定的电压时候，就用这个接法，先把大电压降成小电压，再输入。但是过高电压就不用这个电路啦。用专业的芯片之类的。

ADC代码部分：

电位器的内部结构图如上图所示，相当于一个滑动变阻器，左边扭动就向左移，右边移动就向右移。

配置ADC步骤：

1.开启时钟RCC，包括GPIO以及ADC，以及ADCCLK的分频器。

void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2);//开启ADCCLK的时钟，此函数在RCC.h库中

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);//初始化ADC

void ADC_StructInit(ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);

2.配置GPIO，把GPIO配置为模拟输入的模式

void ADC_DMACmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//开启DMA转运数据所用

void ADC_ITConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT, FunctionalState NewState);//也就是上图的中断输出控制

3.配置多路选择器，把多路选择器的输入传到后续的组中

4.利用库函数配置ADC

5.看门口或者中断（按照选择使用）

6.开关控制，ADC_cmd开启ADC的时钟。void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

void ADC_ResetCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);//复位校准

FlagStatus ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);//获得复位校准状态

void ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);//开始校准

FlagStatus ADC_GetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);//获得开始效准状态

void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//软件触发开始转换，对应的是上图的转换控制

FlagStatus ADC_GetSoftwareStartConvStatus(ADC_TypeDef* ADCx);//没啥用

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);//转换完成EOC置1，利用这个判断转换结束与否，而不是用上面的那个函数

void ADC_DiscModeChannelCountConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t Number);//控制间隔多少个进行间断

void ADC_DiscModeCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//使能开启间断转换模式

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);//此函数用来给序列填入相应的通道，第一个参数ADC几，二十第几个通道，三是第几个序列，四是转换时间（快的就选小的，稳定的就选大的）

void ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//外部触发转换控制，是否允许外部触发转换

uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);//获取单模式ADC转换之后的寄存器结果

uint32_t ADC_GetDualModeConversionValue(void);//获取双模式ADC转换的结果

void ADC_AutoInjectedConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//这种带有Inject的是注入组的配置函数

void ADC_AnalogWatchdogCmd(ADC_TypeDef* ADCx, uint32_t ADC_AnalogWatchdog);//是否开启看门狗

void ADC_AnalogWatchdogThresholdsConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t HighThreshold, uint16_t LowThreshold);//配置看门狗的阈值

void ADC_AnalogWatchdogSingleChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel);//配置看门狗所看通道

void ADC_TempSensorVrefintCmd(FunctionalState NewState);//温度传感器以及参考电压两个内部通道的配置

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);//获取标志位

void ADC_ClearFlag(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);//清除标志位

ITStatus ADC_GetITStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT);//获取中断状态

void ADC_ClearITPendingBit(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT);//清除中断状态

void AD_Init(void)

{

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//PCLK2就是APB时钟2的意思

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入模式，这是ADC专有的模式，在这个模式下GPIO口是无效的，防止GPIO的输入输出对模拟电压造成影响，

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

    //在ADC1中的序列1中写入通道0这个参数，想要配置别的序列，只能不断赋值配备这个参数啦

 ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//ADC工作模式，跳转如下：

#define ADC_Mode_Independent                       ((uint32_t)0x00000000)
#define ADC_Mode_RegInjecSimult                    ((uint32_t)0x00010000)
#define ADC_Mode_RegSimult_AlterTrig               ((uint32_t)0x00020000)
#define ADC_Mode_InjecSimult_FastInterl            ((uint32_t)0x00030000)
#define ADC_Mode_InjecSimult_SlowInterl            ((uint32_t)0x00040000)
#define ADC_Mode_InjecSimult                       ((uint32_t)0x00050000)
#define ADC_Mode_RegSimult                         ((uint32_t)0x00060000)
#define ADC_Mode_FastInterl                        ((uint32_t)0x00070000)
#define ADC_Mode_SlowInterl                        ((uint32_t)0x00080000)
#define ADC_Mode_AlterTrig                         ((uint32_t)0x00090000)

除了第一个之外，其余都是双ADC模式。

    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据对其：左对齐还是右对齐

    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//外部触发源的选择，None的意思就是不选择外部触发源，此处用软件触发

    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//连续转换与否

    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//扫描模式与否

    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;//通道数目，也就是扫描的通道个数

    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//

    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

    //下面四个函数是用来进行校准的，第一个是用来复位校准位的，也就是把CR2的RSTCAL位置1，这个是软件置1，用第一个函数，当校准完成之后，会自动硬件变成0，然后用第二个参数检测是否为0，是的话就开始校准，下面最后两个参数也是一样。

    ADC_ResetCalibration(ADC1);

    while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

    ADC_StartCalibration(ADC1);

    while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

}

//这部分就是获取寄存器之中的转换值了。

uint16_t AD_GetValue(void)

{

如果是设定为连续转换的话，上面的 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE改为ENABLE，下面的这个函数触发就不用一直启动，可以移动到外面，也不用一直判断EOC了，所以while那条也可以删掉。

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//软件触发转换，ADC转换开始

    while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);//判断EOC是否为1，也就是转换是否完成

跳转如下：具体的描述在ADC状态寄存器中，寄存器中的相应的位会置1或者0

 @arg ADC_FLAG_AWD: Analog watchdog flag//模拟看门狗标志位

  *     @arg ADC_FLAG_EOC: End of conversion flag//规则组以及注入组转换结束都会置1转换标志位，ADC_DR的意思就是数据寄存器，当ADC_DR被读取的时候，这里就会自动置0.

  *     @arg ADC_FLAG_JEOC: End of injected group conversion flag//注入组转换标志位

  *     @arg ADC_FLAG_JSTRT: Start of injected group conversion flag//注入组开始转换标志位

  *     @arg ADC_FLAG_STRT: Start of regular group conversion flag//规则组转换开始标志位

    return ADC_GetConversionValue(ADC1);返回转换之后的数值，内部就是ADC直接读取DR寄存器的值

}

跟此图的流程是相对的。

但是数值有时候会出现抖动情况，又时候光控灯也会如此，假设光线强AD大，AD大于某个阈值的时候，关灯，低于就开灯，这时候假设在这个阈值上下抖动的话，就会出现很尴尬的灯不断开关的情况，这时候解决的办法就是通过设置两个阈值，一个上阈值，一个下阈值，这样就会有一段空间来避免这类情况。

如果数值跳变很厉害，还可以使用滤波的方法，让AD值更加稳定：比如均值滤波，就是读取很多个AD的值，然后进行求取平均值。后者裁剪分辨率，把后面的数值的尾数去掉，这样也可以避免抖动。

如果想得到相应的电压值，就把AD值除以2的n次方（多少位），然后乘上参考电压，如下：

 Voltage = (float)ADValue / 4095 * 3.3;

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"
 
uint16_t ADValue;
float Voltage;
 
int main(void)
{
	OLED_Init();
	AD_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "ADValue:");
	OLED_ShowString(2, 1, "Volatge:0.00V");
	
	while (1)
	{
		ADValue = AD_GetValue();
		Voltage = (float)ADValue / 4095 * 3.3;
		
		OLED_ShowNum(1, 9, ADValue, 4);
		OLED_ShowNum(2, 9, Voltage, 1);
		OLED_ShowNum(2, 11, (uint16_t)(Voltage * 100) % 100, 2);
		
		Delay_ms(100);
	}
}

主函数中如此，其中计算电压的时候，因为是利用逐次逼近的方法判断每一位寄存器如何如何，对于12位寄存器，最大的就是4095，4095对应的就是3.3V，所以就这样列。

OLED显示的时候不能直接显示小数，就先显示浮点数的小数点前一位，然后乘以100取余再显示小数点后两位。

在进行多通道扫描输入的时候，为什么要用DMA转运而不是手动传入一个就转运一个呢？

1.在扫描模式下，启动列表之后，每一个通道转换完成之后，不会发生标志位，也没有任何的中断，不知道某个通道是不是转换完了，只有在整个列表转换完成之后，才会EOC标志，然后触发中断。但是这时候前面通道的数据就已经被覆盖了。

2.AD转换非常快，转换一次大概就几微秒，如果不能在这个时间之内把数据转运走，数据就会丢失，对于用程序手动转运要求比较高，但是也并非不可行，可以利用间断模式，在一个通道转换完成的时候，就暂停一次，暂停足够长的时间，把数据转运走了，在进行下一通道传输。而延长这段时间的，就只能通过延时函数进行。因为在一次转换完成的时候，并没有标志位以及进入中断。

但是还有一种不用DMA的方法进行多通道传输，就是用单次转换非扫描模式。只要在每次触发之前，手动更改序列一的通道即可

uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)

{

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

    while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);

    return ADC_GetConversionValue(ADC1);

}

以参数的方式更改，注意还要更改GPIO的相应值。

————————————————

版权声明：本文为CSDN博主「笔下觅封侯」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。

原文链接：https://blog.csdn.net/m0_63148816/article/details/130464799