【STM32F103】ADC 模拟数字转换器

ADC

ADC（Analog-to-Digital Converter），模拟-数字转换器，也叫模数转换器，可以将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。

我们可以外接上将采集信号转为模拟信号的模块，如光敏电阻传感器，热敏电阻传感器，反射式红外传感器等。

这些传感器模块通过采样，量化，编码，通过AO引脚将模拟信号传出，我们可以使用STM32来接收，并且通过ADC来获取对应的数字信号。

STM32中的ADC

特征

STM32F103的ADC具有12位的分辨率，也就是转换结果的范围是 0~2^12-1 。

ADC的供电要求是2.4V~3.6V。

ADC可以配合DMA转运，也可以配合看门狗进行监控。

输入时钟不得超过14MHz，由APB2（72MHz）分频得到ADC的输入时钟,由于分频系数的限制，不超过14MHz的能得到的最高的频率为12MHz（6分频）

最短的转换时间是1.17us。（1s/12MHz * （1.5（最少的采样周期） + 12.5 （固定量化编码的时间）) )）

通道

每个ADC都有18个通道，ADC1和ADC2的最后两个通道是内部通道，ADC3的最后两个通道是内部通道，其余为外部通道，我们可以连接到外设，另外从STM32F103C8T6的引脚定义表我们可以知道，在C8T6这个型号的芯片中，我们一共可以外接10个模拟信号传感器模块。也就是说尽管我们有18个通道，但最多只能使用12个（10个外部通道+2个内部通道），不过也是够用的。

其中ADC1的第17个通道连接的是内部的温度传感器，可以读取到CPU周围的温度。

通道分为外部通道和内部通道，外部通道又分为规则通道和注入通道，一般使用规则通道。注入通道最多4个，规则通道最多16个。

注入通道是一种不安分的通道，注入通告只有在规则通道存在时才会出现，并且在规则转换通道转换的时候会强行插入要转换，等注入通道转换玩之后才会回到规则通道，和中断很像。我们尽量不使用注入通道。

转换结果

ADC转换后的数据存放在ADC_DR寄存器（规则通道）或JDRx（注入通道）中。

ADC_DR寄存器是32位的寄存器，低16位在单ADC的时候使用（独立工作模式），高16位在双模式下保存ADC2的转换结果。之前说过，STM32中的ADC的精度为12位，但是这里却用16位来存储结果，因此我们可以选择将结果左对齐或是右对齐，左对齐的话就是将结果整体左移4位，也就是数值乘16，一般就右对齐。

由于通道可以有很多个，但是存放数据的寄存器就只有一个，所以一旦数据转换完之后我们就要将数据取走，以免被后续的转换结果覆盖，通常使用多通道转换的时候我们会配合上DMA来替我们自动转运多个结果。

转换的结果是12位的数字，而因为输入的电压范围为0~3.3V，所以我们可以将转换后的结果再乘上3.3再除（2^12-1）得到电压值，然后再根据模块的说明书来进行进一步转换成有效的数据值。

固件库函数

注:红色为固定的函数名,绿色为推荐的参数

设置ADCCLK的预分频器

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

设置ADCCLK的预分频器，之前说过，ADC最多只能14MHz，而APB2位72MHz，因此我们选择6分频得到12MHz。

初始化ADC

ADC_Init(ADC1,&itd1);

初始化ADC，第一个参数指定使用哪个ADC资源，我们一般就使用ADC1或ADC2。

第二个参数传入ADC_InitStruct类型变量的地址。

我们通过给ADC_InitStruct类型变量的成员赋值来配置ADC。

ADC_Mode	选择工作模式,仅用单个ADC的话,那我们选择ADC_Mode_Independent
ADC_ScanConvMode	是否开始扫描模式，ENABLE或是DISABLE，不开启的话，仅转换待转换队列的第一个通道，开启之后会自动按照顺序来转换每个配置过的通道，一般扫描模式配合DMA转运一起，因为ADC转换速度极快，而所有通道的转换结果都是放到同一个寄存器里的，因此手动转移结果太慢的话就会被覆盖，太快的话就会拿到错误数据。
ADC_ContinuousConvMode	是否开启连续模式，ENABLE或是DISABLE，不开启的话每次转换完一次待转换队列的通道之后就会停下，等待下次转换指令。开启的话就会不断地一次次自动转换所有配置过的通道。
ADC_ExternalTrigConv	是否使用外部触发，不使用则软件触发，一般使用软件触发ADC_ExternalTrigConv_None，触发函数下面会介绍。
ADC_DataAlign	数据对齐方式，之前说过，ADC转换的结果是12位的，而存放结果的寄存器是16位的，因此有4位的空白位，我们可以选择左对齐或是右对齐，一般选择右对齐ADC_DataAlign_Right。
ADC_NbrofChannel	通道数目，我们配置了多少个通道就填多少。

配置规则组的输入通道

ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_239Cycles5);

配置规则组的输入通道，第一个参数指定使用哪个ADC资源。

第二个参数指定通道，这个我们根据引脚定义表来决定。

第三个参数根据固件库函数给的注释，直译是“常规组序列发生器中的秩。此参数必须介于1到16之间。”，我们可以当成要给ADC转换的通道需要排好队，从1排到16，按照顺序来转换。

第四个参数可以选择转换时间，实际上是选择用几个周期去采样时间，使用的周期越多采样时间越长，得到的数据也就更稳定，没有特殊要求的话可以随意选择一个选项。

这里以内部的温度传感器为例来计算一下这个选项应该如何选择

参考手册里说推荐采样时间为17.1us，而采样时间的计算公式为：

（1s/12MHz）*x。x为我们选择的采样花费的周期数，经过计算我们可以知道，x至少要为205.2，因此如果我们要采样内部的温度传感器的话，我们应该选择ADC_SampleTime_239Cycles5。

上电

ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);

参数一选择ADC资源，参数二选择是否上电。

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。”

以上出自参考手册，我试过了，如果不校准的话差别其实不大，大概和校准后差个二三十，反正加个校准的代码也不麻烦，我们就加上。

具体函数的功能我们不用去记，要用的时候把下面4行代码加上就行，在ADC初始化之后。

    ADC_ResetCalibration(ADC1);                             //复位校准
    while(SET==ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));        //等到复位校准完成
    ADC_StartCalibration(ADC1);                             //开始校准
    while(SET==ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));             //等待校准完毕

取值

ADC_GetConversionValue( ADC1 )

参数一指定要读取的ADC资源。

如果去看了源码我们可以知道，其实这个函数就是读取的对应ADC的DR寄存器。

读取转换完的数据的前提是转换完了，如果不是连续模式的话，我们是需要先触发转换并且等待转换完毕之后再读取的。

软件触发转换

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);

参数一指定触发转换的ADC资源。

触发转换之后，我们在读取结果之前还需要等待转换结束。

获取ADC标志位

ADC_GetFlagStatus( ADC1 , ADC_FLAG_EOC )

参数一指定ADC资源。

参数二指定要获取的标志位，我们要知道转换是否结束，获取的标志位为ADC_FLAG_EOC。具体的做法可以参考下面的代码。

使用内部温度传感器

ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);

如果要使用内部的温度传感器的话，使用上面的函数把功能打开，并且这个传感器只能为ADC1使用，通道为第17个通道，也就是 ADC_Channel_16。并且上面说了，推荐的采样时间为17.1us，需要根据这个来配置采样周期。

假设得到的值为x，那么转换为摄氏度的公式为：（1.43-（x*（3.3/4096）））/0.0043+25

接线

将传感器的AO口接到GPIOA的0号口，根据引脚定义表，对应的是通道0，这点在代码里体现，如果要改GPIO口的话，只需要根据引脚定义表来更改代码中指定的通道即可。

思路

首先我们需要打开外设时钟，使用ADC1就把对应的时钟打开。

另外，如果我们是外接模拟信号的话，就把对应的GPIO口配置为模拟输入模式，同时对应的外设时钟也要打开。

第二步是配置ADCCLK的分频器，因为不能超过14MHz，所以至少是6分频。

第三步是初始化ADC，参考上面的函数。

第四步配置输入通道（一般使用规则组的通道）。

第五步上电，上电完之后校准（非必须，但是加上不碍事）

第六步在需要的时候触发转换（如果是连续模式的话就不用手动触发了），然后获取值。

完整代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"

//获取ADC转换的值
uint16_t getValue(void){
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);                  //软件触发转换
    while(RESET==ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC));     //等到转换完毕
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);                    //获取到转换的数据
}


int main(void){
    
    OLED_Init();
    OLED_ShowString(1,1,"Hello World!");
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);    //使能GPIO口外设时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);     //使能ADC1外设时钟
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);                       //设置ADCCLK分配器
    
    GPIO_InitTypeDef itd;
    itd.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;                            //选择GPIO口的模式
    itd.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;                                //选择GPIO口
    itd.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;                        //默认选择50MHz
    GPIO_Init(GPIOA,&itd);
    
    //配置输入通道
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_239Cycles5);
    
    ADC_InitTypeDef itd1;
    itd1.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE;                    //不开启连续转换模式
    itd1.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;                 //数据右对齐
    itd1.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;    //不使用外部触发(软件触发)
    itd1.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;                     //独立工作模式(ADC1与ADC2不配合)
    itd1.ADC_NbrOfChannel=1;                                //仅1个通道
    itd1.ADC_ScanConvMode=DISABLE;                          //不开启扫描转换模式
    ADC_Init(ADC1,&itd1);
    
    ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
    
    ADC_ResetCalibration(ADC1);                             //复位校准
    while(SET==ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));        //等到复位校准完成
    ADC_StartCalibration(ADC1);                             //开始校准
    while(SET==ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));             //等待校准完毕
    
    while(1){
        OLED_ShowNum(2,1,getValue(),5);
    }
    
}