STM32-ADC模数转换器

news2024/12/22 13:57:00

目录

一、ADC简介

二、逐次逼近型ADC内部结构

三、STM32内部ADC转换结构

四、ADC基本结构

五、输入通道

六、转换模式

6.1单次转换，非扫描模式

6.2连续转换，非扫描模式

6.3单次转换，扫描模式

6.4连续转换，扫描模式

七、触发控制

​编辑

八、数据对齐

九、转换时间

十、硬件电路

十一、开发步骤

十二、ADC库函数

十三、实验

13.1 AD单通道

13.2 AD多通道

一、ADC简介

>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(表示范围：0-2^12-1(4095))，1us转换时间(频率：1MHz)      
>输入电压范围：0~3.3V，转换结果范围：0~4095
>18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源
>规则组和注入组两个转换单元
>模拟看门狗自动监测输入电压范围

>STM32F103C8T6 ADC资源：ADC1、ADC2，10个外部输入通道

二、逐次逼近型ADC内部结构

三、STM32内部ADC转换结构

ADCCLK来源于APB2

四、ADC基本结构

五、输入通道

六、转换模式

6.1单次转换，非扫描模式

6.2连续转换，非扫描模式

6.3单次转换，扫描模式

6.4连续转换，扫描模式

七、触发控制

八、数据对齐

（一般采用右对齐，读出来的数据直接就是结果）

九、转换时间

①AD转换的步骤：采样，保持，量化，编码

②STM32 ADC的总转换时间为：
    TCONV = 采样时间 + 12.5个ADC周期（12位）

例如：当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5个ADC周期
    TCONV = 1.5 + 12.5 = 14个ADC周期 = 1μs

十、硬件电路

十一、开发步骤

①开启RCC时钟，包括ADC和GPIO，ADCCLK的分频器也要配置

②配置GPIO，模拟输入模式

③配置多路开关，将通道接入规则组列表中

④结构体配置ADC转换器（单次/多次、扫描/非扫描、通道数、触发源、数据对齐方式）

（可选）⑤模拟看门狗，配置阈值和监测通道，开启中断ITConfig，NVIC

⑤开关控制，调用ADC_Cmd函数，开启ADC，校准

十二、ADC库函数

/*rcc.h*/

void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2);

作用：配置ADCCLK分频器

/*adc.h*/

void ADC_DeInit(ADC_TypeDef* ADCx);//恢复缺省配置
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);//Init初始化
void ADC_StructInit(ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);//StructInit结构体初始化

void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//使能ADC

void ADC_DMACmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);//开启DMA输出信号

void ADC_ITConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT, FunctionalState NewState);//中断输出控制

============================控制校准的函数=============================
void ADC_ResetCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);//复位校准
FlagStatus ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);//获取复位校准状态
void ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);//开始校准
FlagStatus ADC_GetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);//获取开始校准状态

=====================================================================

void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

//ADC_软件开始转换控制，用于软件触发的函数（重要）
FlagStatus ADC_GetSoftwareStartConvStatus(ADC_TypeDef* ADCx);

//ADC获取软件开始转换状态（一般不用）

============================间断模式==================================
void ADC_DiscModeChannelCountConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t Number);

//每隔几个通道间断一次
void ADC_DiscModeCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

//是不是启用间断模式

=====================================================================
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);

//ADC规则组通道配置

参数：

①ADCx

②ADC_Channel，通道

③Rank，序列几的位置

④ADC_SampleTime，指定通道的采样时间

=====================================================================
void ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

//ADC_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);

//ADC获取转换值（重要）

=====================================================================
uint32_t ADC_GetDualModeConversionValue(void);

//ADC_获取双模式转换值
============================模拟看门狗=================================

void ADC_AnalogWatchdogCmd(ADC_TypeDef* ADCx, uint32_t ADC_AnalogWatchdog);

//是否启动模拟看门狗
void ADC_AnalogWatchdogThresholdsConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t HighThreshold, uint16_t LowThreshold);

//配置高低阈值
void ADC_AnalogWatchdogSingleChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel);

//配置看门的通道

===============================内部两通道==============================

void ADC_TempSensorVrefintCmd(FunctionalState NewState);

//ADC_温度传感器、内部参考电压控制

=============================标志位===================================

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);

//获取标志位状态
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);

//清除中断挂起位状态

十三、实验

13.1 AD单通道

实验现象：用电位器产生一个0~3.3V连续变化的模拟电压信号，接到PA0，ADC读取数据显示到屏幕上

参考代码：

AD.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

//*本例程使用连续非扫描模式，软件触发一次即可*//
void AD_Init(void)
{
	/*一、开启RCC时钟（ADC,GPIO）*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	//ADCCLK分频
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//72MHz/6=12MHz
	
	/*二、配置GPIO,模拟输入*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	/*三、配置多路开关，左边通道接入右边规则组列表(选择规则组的注入通道)*/
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
	
	/*四、配置ADC转换器*/
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//工作模式（独立/双ADC）
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据对齐（左/右）
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//触发源，此处使用软件触发
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//连续转换/单次转换
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//扫描/非扫描
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//扫描模式下用到几个通道
	
	/*五、开关控制，开启ADC*/
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);   
	
	//校准
	ADC_ResetCalibration(ADC1);//复位校准
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);//等待复位校准完成
	ADC_StartCalibration(ADC1);//启动校准
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);//等待校准是否完成
	
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
}

uint16_t AD_GetValue(void)
{
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

AD.h

#ifndef __AD_H
#define __AD_H

void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(void);

#endif

main.c

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

uint16_t ADValue;//AD值
float Voltage;//电压值

int main(void)
{
	OLED_Init();
	AD_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"ADValue:");
	OLED_ShowString(2,1,"Voltage: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);//整数
		OLED_ShowNum(2,11,(uint16_t)(Voltage*100)%100,2);//小数部分
		
		Delay_ms(100);
	}
}

*OLED代码参考本专栏文章STM32-OLED

13.2 AD多通道

实验设置：将电位器、光敏电阻、热敏电阻、反射红外模块的AO（模拟电压输出端）分别接到PA0/PA1/PA2/PA3

参考代码：

AD.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

//*本例程使用单次非扫描模式*//
void AD_Init(void)
{
	/*一、开启RCC时钟（ADC,GPIO）*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	//ADCCLK分频
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//72MHz/6=12MHz
	
	/*二、配置GPIO,模拟输入*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	/*四、配置ADC转换器*/
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);
	
	/*五、开关控制，开启ADC*/
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);   
	
	//校准
	ADC_ResetCalibration(ADC1);//复位校准
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);//等待复位校准完成
	ADC_StartCalibration(ADC1);//启动校准
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	
}

uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{
	/*三、配置多路开关，左边通道接入右边规则组列表(选择规则组的注入通道)*/
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == RESET);//通过标志位来查看是否转换完成
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

AD.h

#ifndef __AD_H
#define __AD_H

void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel);

#endif

main.c

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

uint16_t AD0,AD1,AD2,AD3;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	AD_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"AD0:");
	OLED_ShowString(2,1,"AD1:");
	OLED_ShowString(3,1,"AD2:");
	OLED_ShowString(4,1,"AD3:");

	
	while (1)
	{
		AD0 = AD_GetValue(ADC_Channel_0);
		AD1 = AD_GetValue(ADC_Channel_1);
		AD2 = AD_GetValue(ADC_Channel_2);
		AD3 = AD_GetValue(ADC_Channel_3);
		
		OLED_ShowNum(1,5,AD0,5);
		OLED_ShowNum(2,5,AD1,5);
		OLED_ShowNum(3,5,AD2,5);
		OLED_ShowNum(4,5,AD3 ,5);
		
		Delay_ms(100);
	}
}

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