STM32 基础知识（探索者开发板）--135讲 ADC转换

ADC定义：

ADC即模拟数字转换器，英文详称 Analog-to-digital converter，可以将外部的模拟信号转换

ADC数模转换中一些常用函数：

1. HAL_ADC_Init 函数
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Init(ADC_HandleTypeDef *hadc); 初始化ADC
形参：ADC_HandleTypeDef 结构体类型指针变量       返回值：HAL_StatusTypeDef枚举类型
typedef struct
{
ADC_TypeDef *Instance; /* ADC 寄存器基地址 */
ADC_InitTypeDef Init; /* ADC 参数初始化结构体变量 */
__IO uint32_t NbrOfCurrentConversionRank;/* 当前转换等级的 ADC 数 */
DMA_HandleTypeDef *DMA_Handle; /* DMA 配置结构体 */
HAL_LockTypeDef Lock; /* ADC 锁定对象 */
__IO uint32_t State; /* ADC 工作状态 */
__IO uint32_t ErrorCode; /* ADC 错误代码 */
}ADC_HandleTypeDef;
其中第二个成员变量Init需要重点配置
typedef struct {
uint32_t ClockPrescaler;            /* 设置预分频系数，即 PRESC[3:0]位，可选(2,4,6,8) */
uint32_t Resolution;                /* 配置 ADC 的分辨率,可选(12位，10,8,6)分辨率高，精度高，时间长 */
uint32_t ScanConvMode;                /* 扫描模式可选(ADC_SCAN_DISABLE单通道，ADC_SCAN_ENABLE多)*/
uint32_t EOCSelection;                /* 转换完成标志位() */
FunctionalState ContinuousConvMode; /* 开启连续转换模式否则就是单次转换模式 */
uint32_t NbrOfConversion;            /* 设置转换通道数目 */
FunctionalState DiscontinuousConvMode; /* 单次转换模式选择 */
uint32_t NbrOfDiscConversion;        /* 单次转换通道的数目 */
uint32_t ExternalTrigConv;            /* ADC 外部触发源选择 */
uint32_t ExternalTrigConvEdge;        /* ADC 外部触发极性*/
FunctionalState DMAContinuousRequests; /* DMA 转换请求模式*/
} ADC_InitTypeDef;
1) ClockPrescaler：ADC 预分频系数选择，可选的分频系数为 2、4、6、8。由于 ADC 最大时钟
不得超过 36Mhz，我们这里配置 4 分频，即 ADC 的时钟频率为：84 / 4 = 21Mhz。
2) Resolution：配置 ADC 的分辨率，可选的分辨率有 12 位、10 位、8 位和 6 位。分辨率越高，
转换数据精度越高，转换时间也越长；反之分辨率越低，转换数据精度越低，转换时间也越
短。
3) ScanConvMode：配置是否使用扫描。如果是单通道转换使用 ADC_SCAN_DISABLE，如果
是多通道转换使用 ADC_SCAN_ENABLE。
4) EOCSelection：可选参数为 ADC_EOC_SINGLE_CONV 和 ADC_EOC_SEQ_CONV，指定转
换结束时是否产生 EOS 中断或事件标志。
5) ContinuousConvMode：可选参数为 ENABLE 和 DISABLE，配置自动连续转换还是单次转换。
使用 ENABLE 配置为使能自动连续转换；使用 DISABLE 配置为单次转换，转换一次后停止
需要手动控制才重新启动转换。
6) NbrOfConversion：设置常规转换通道数目，范围是：1~16。
7) DiscontinuousConvMode：配置是否使用不连续的采样模式，比如要转换的通道有 1、2、5、
7、8、9，那么第一次触发会进行通道 1 与通道 2，下次触发就是转换通道 5 与通道 7，这
样不连续的转换，依次类推。此参数只有将 ScanConvMode 使能，还有 ContinuousConvMode
失能的情况下才有效，不可同时使能。
8) NbrOfDiscConversion：不连续采样通道数。
9) ExternalTrigConv：外部触发方式的选择，如果使用软件触发，那么外部触发会关闭。
10) ExternalTrigConvEdge：外部触发极性选择，如果使用外部触发，可以选择触发的极性，可
选有禁止触发检测、上升沿触发检测、下降沿触发检测以及上升沿和下降沿均可触发检测。
11) DMAContinuousRequests：指定 DMA 请求是否以一次性模式执行(当达到转换次数时，DMA
传输停止)或在连续模式下(DMA 传输无限制，无论转换的数量)。注:在连续模式下，DMA 必
须配置为循环模式。否则，当达到 DMA 缓冲区最大指针时将触发溢出。注意:当常规组和注
入组都没有转换时(禁用 ADC，或启用 ADC，没有连续模式或可以启动转换的外部触发器)，
必须修改此参数。该参数可设置为“启用”或“禁用”。

2.HAL_ADCEx_Calibration_Start函数
HAL_StatusTypeDef HAL_ADCEx_Calibration_Start(ADC_HandleTypeDef *hadc);ADC自校准功能
形参:ADC_HandleTypeDef 结构体类型指针变量返回值：HAL_StatusTypeDef枚举类型的值

3. HAL_ADC_ConfigChannel函数
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_ConfigChannel(ADC_HandleTypeDef *hadc, ADC_ChannelConfTypeDef *sConfig);ADC自校准功能
形参:参数1ADC_HandleTypeDef 结构体类型指针变量参数2ADC_ChannelConfTypeDef 结构体类型指针变量
typedef struct {
uint32_t Channel; /* ADC 转换通道(0~19)*/
uint32_t Rank; /* ADC 转换顺序(1~16) */
uint32_t SamplingTime; /* ADC 采样周期(480个ADC时钟周期) */
uint32_t Offset; /* ADC 偏移量 */
} ADC_ChannelConfTypeDef;

4.HAL_ADC_Start 函数
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef *hadc);ADC启动函数
形参：ADC_HandleTypeDef 结构体类型指针变量返回值：HAL_StatusTypeDef枚举类型的值

5. HAL_ADC_PollForConversion函数等待规则组转换完成函数
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef *hadc,uint32_t Timeout);
形参：参数1ADC_HandleTypeDef 结构体类型指针变量参数2等待转换的等待时间ms
返回值：HAL_StatusTypeDef 枚举类型的值。

6. HAL_ADC_GetValue 函数
uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef *hadc); 获取ADC转换值
形参：ADC_HandleTypeDef 结构体类型指针变量返回值：当前的转换值，uint32_t 类型数据

7.HAL_DMA_Start 函数启动DMA传输(在任何能使用DMA传输的场景)
HAL_Status TypeDef HAL_DMA_Start(DMA_HandleTypeDef *hdma,
uint32_t SrcAddress, uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength)
参数：(DMA_HandleTypeDef 结构体类型指针变量,DMA 传输的源地址,DMA 传输的目的地址,要传输的数据项数目)

8. HAL_ADC_Start_DMA 函数只启动有ADC(DMA传输)方式
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc,
uint32_t *pData, uint32_t Length);
形参：(ADC_HandleTypeDef 结构体类型指针变量, ADC 采样数据传输的目的地址,要传输的数据项数目)

9.HAL_DMA_Init 函数初始化DMA
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Init(DMA_HandleTypeDef *hdma);
参数：DMA_HandleTypeDef 结构体类型指针变量
typedef struct __DMA_HandleTypeDef
{
void *Instance; /* 寄存器基地址 */
DMA_InitTypeDef Init; /* DAM 通信参数 */
HAL_LockTypeDef Lock; /* DMA 锁对象 */
__IO HAL_DMA_StateTypeDef State; /* DMA 传输状态 */
void *Parent; /* 父对象状态，HAL 库处理的中间变量 */
void (*XferCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef *hdma);/*DMA 传输完成回调*/
/* DMA 一半传输完成回调 */
void (* XferHalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
/* DMA 传输完整的 Memory1 回调 */
void (* XferM1CpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
/* DMA 传输半完全内存回调 */
void (* XferM1HalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
/*DMA 传输错误回调*/
void (* XferErrorCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
/* DMA 传输中止回调 */
void (* XferAbortCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
__IO uint32_t ErrorCode; /* DMA 存取错误代码 */
uint32_t StreamBaseAddress; /* DMA 通道基地址 */
uint32_t StreamIndex; /* DMA 通道索引 */
}DMA_HandleTypeDef;
重点介绍第二个成员变量Init
typedef struct
{
uint32_t Channel; /* 传输通道，例如：DMA_CHANEL_4 */
uint32_t Direction; /* 传输方向，例如存储器到外设 DMA_MEMORY_TO_PERIPH */
uint32_t PeriphInc; /* 外设（非）增量模式，非增量模式 DMA_PINC_DISABLE */
uint32_t MemInc; /* 存储器（非）增量模式，增量模式 DMA_MINC_ENABLE */
uint32_t PeriphDataAlignment; /* 外设数据大小：8/16/32 位 */
uint32_t MemDataAlignment; /* 存储器数据大小：8/16/32 位 */
uint32_t Mode; /* 模式：外设流控模式/循环模式/普通模式 */
uint32_t Priority; /* DMA 优先级：低/中/高/非常高 */
uint32_t FIFOMode; /* FIFO 模式开启或者禁止 */
uint32_t FIFOThreshold; /* FIFO 阈值选择 */
uint32_t MemBurst; /* 存储器突发模式：单次/4 个节拍/8 个节拍/16 个节拍 */
uint32_t PeriphBurst; /* 外设突发模式：单次/4 个节拍/8 个节拍/16 个节拍 */
}DMA_InitTypeDef

单通道ADC采集配置步骤

a.开启ADCx和GPIO时钟

b.初始化ADCx,配置器工作参数和硬件Msp的IO

c.配置ADC通道并启动AD转换

d.读取ADC值

单/多通道ADC采集(DMA读取)配置

a.开启ADCx和GPIO时钟

b.初始化ADC，配置其工作参数和硬件Msp

c.配置ADC通道并启动AD转换

d.初始化DMA

e.使能DMA对应数据流中断，配置DMA中断优先级

f.编写中断服务函数

单通道ADC采集实验代码

//adc.c

#include "./BSP/ADC/adc.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"


ADC_HandleTypeDef g_adc_handle;   /* ADC句柄 */

/**
 * @brief       ADC初始化函数
 *   @note      本函数支持ADC1/ADC2任意通道, 但是不支持ADC3
 *              我们使用12位精度, ADC采样时钟=21M, 转换时间为: 采样周期 + 12个ADC周期
 *              设置最大采样周期: 480, 则转换时间 = 492 个ADC周期 = 23.42us
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void adc_init(void)
{
    g_adc_handle.Instance = ADC_ADCX;
    g_adc_handle.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCKPRESCALER_PCLK_DIV4;        /* 4分频，ADCCLK = PCLK2/4 = 84/4 = 21Mhz */
    g_adc_handle.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;                      /* 12位模式 */
    g_adc_handle.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;                      /* 右对齐 */
    g_adc_handle.Init.ScanConvMode = DISABLE;                               /* 非扫描模式 */
    g_adc_handle.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;                         /* 关闭连续转换 */
    g_adc_handle.Init.NbrOfConversion = 1;                                  /* 1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1 */
    g_adc_handle.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;                      /* 禁止不连续采样模式 */
    g_adc_handle.Init.NbrOfDiscConversion = 0;                              /* 不连续采样通道数为0 */
    g_adc_handle.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;                /* 软件触发 */
    g_adc_handle.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE; /* 使用软件触发 */
    g_adc_handle.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;                      /* 关闭DMA请求 */
    HAL_ADC_Init(&g_adc_handle);                                            /* 初始化 */
}

/**
 * @brief       ADC底层驱动，引脚配置，时钟使能
                此函数会被HAL_ADC_Init()调用
 * @param       hadc:ADC句柄
 * @retval      无
 */
void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
    if(hadc->Instance == ADC_ADCX)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
        ADC_ADCX_CHY_CLK_ENABLE();      /* 使能ADCx时钟 */
        ADC_ADCX_CHY_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 开启GPIO时钟 */

        /* AD采集引脚模式设置,模拟输入 */
        gpio_init_struct.Pin = ADC_ADCX_CHY_GPIO_PIN;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;   //模拟输入模式
        gpio_init_struct.Pull = GPIO_NOPULL;        //该模式用来配置gpio的外部上下拉电阻
        HAL_GPIO_Init(ADC_ADCX_CHY_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
    }
}

/**
 * @brief       设置ADC通道采样时间
 * @param       adcx : adc句柄指针,ADC_HandleTypeDef
 * @param       ch   : 通道号, ADC_CHANNEL_0~ADC_CHANNEL_17
 * @param       stime: 采样时间  0~7, 对应关系为:
 *   @arg       ADC_SAMPLETIME_3CYCLES,  3个ADC时钟周期        ADC_SAMPLETIME_15CYCLES, 15个ADC时钟周期
 *   @arg       ADC_SAMPLETIME_28CYCLES, 28个ADC时钟周期       ADC_SAMPLETIME_56CYCLES, 56个ADC时钟周期
 *   @arg       ADC_SAMPLETIME_84CYCLES, 84个ADC时钟周期       ADC_SAMPLETIME_112CYCLES,112个ADC时钟周期
 *   @arg       ADC_SAMPLETIME_144CYCLES,144个ADC时钟周期      ADC_SAMPLETIME_480CYCLES,480个ADC时钟周期
 * @param       rank: 多通道采集时需要设置的采集编号,
                假设你定义channel1的rank=1，channel2的rank=2，
                那么对应你在DMA缓存空间的变量数组AdcDMA[0] 就i是channel1的转换结果，AdcDMA[1]就是通道2的转换结果。 
                单通道DMA设置为 ADC_REGULAR_RANK_1
 *   @arg       编号1~16：ADC_REGULAR_RANK_1~ADC_REGULAR_RANK_16
 * @retval      无
 */
void adc_channel_set(ADC_HandleTypeDef *adc_handle, uint32_t ch, uint32_t rank, uint32_t stime)
{
    /* 配置对应ADC通道 */
    ADC_ChannelConfTypeDef adc_channel;
    adc_channel.Channel = ch;               /* 设置ADCX对通道ch */
    adc_channel.Rank = rank;                /* 设置采样序列 */
    adc_channel.SamplingTime = stime;       /* 设置采样时间 */
    HAL_ADC_ConfigChannel( adc_handle, &adc_channel);   
}

/**
 * @brief       获得ADC转换后的结果
 * @param       ch: 通道值 0~17，取值范围为：ADC_CHANNEL_0~ADC_CHANNEL_17
 * @retval      无
 */
uint32_t adc_get_result(uint32_t ch)
{
    adc_channel_set(&g_adc_handle, ch, 1, ADC_SAMPLETIME_480CYCLES);    /* 设置通道，序列和采样时间 */
    HAL_ADC_Start(&g_adc_handle);                                       /* 开启ADC */
    HAL_ADC_PollForConversion(&g_adc_handle, 10);                       /* 轮询转换 */

    return (uint16_t)HAL_ADC_GetValue(&g_adc_handle);                   /* 返回最近一次ADC1规则组的转换结果 */
}

/**
 * @brief       获取通道ch的转换值，取times次, 然后平均
 * @param       ch      : 通道号, 0~17
 * @param       times   : 获取次数
 * @retval      通道ch的times次转换结果平均值
 */
uint32_t adc_get_result_average(uint32_t ch, uint8_t times)
{
    uint32_t temp_val = 0;
    uint8_t t;

    for (t = 0; t < times; t++)     /* 获取times次数据 */
    {
        temp_val += adc_get_result(ch);
        delay_ms(5);
    }

    return temp_val / times;        /* 返回平均值 */
}

//adc.h

#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"


/******************************************************************************************/
/* ADC及引脚 定义 */

#define ADC_ADCX_CHY_GPIO_PORT              GPIOA
#define ADC_ADCX_CHY_GPIO_PIN               GPIO_PIN_5
#define ADC_ADCX_CHY_GPIO_CLK_ENABLE()      do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)         /* PA口时钟使能 */

#define ADC_ADCX                            ADC1 
#define ADC_ADCX_CHY                        ADC_CHANNEL_5                                       /* 通道Y,  0 <= Y <= 17 */ 
#define ADC_ADCX_CHY_CLK_ENABLE()           do{ __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE(); }while(0)          /* ADC1 时钟使能 */

/******************************************************************************************/

void adc_init(void);                                            /* ADC初始化 */
void adc_channel_set(ADC_HandleTypeDef *adc_handle, uint32_t ch, uint32_t rank, uint32_t stime); /* ADC通道设置 */
uint32_t adc_get_result(uint32_t ch);                           /* 获得某个通道值 */
uint32_t adc_get_result_average(uint32_t ch, uint8_t times);    /* 得到某个通道给定次数采样的平均值 */

#endif

main.c

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/ADC/adc.h"


int main(void)
{
    uint16_t adcx;
    float temp;

    HAL_Init();                             /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7);     /* 设置时钟,168Mhz */
    delay_init(168);                        /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                     /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                             /* 初始化LED */
    lcd_init();                             /* 初始化LCD */
    adc_init();                             /* 初始化ADC */

    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "ADC TEST", RED);
    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "ADC1_CH5_VAL:", BLUE);
    lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "ADC1_CH5_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */

    while (1)
    {
        adcx = adc_get_result_average(ADC_ADCX_CHY, 10);    /* 获取通道5的转换值，10次取平均 */
        lcd_show_xnum(134, 110, adcx, 5, 16, 0, BLUE);      /* 显示ADC采样后的原始值 */
 
        temp = (float)adcx * (3.3 / 4096);                  /* 获取计算后的带小数的实际电压值，比如3.1111 */
        adcx = temp;                                        /* 赋值整数部分给adcx变量，因为adcx为u16整形 */
        lcd_show_xnum(134, 130, adcx, 1, 16, 0, BLUE);      /* 显示电压值的整数部分，3.1111的话，这里就是显示3 */

        temp -= adcx;                                       /* 把已经显示的整数部分去掉，留下小数部分，比如3.1111-3=0.1111 */
        temp *= 1000;                                       /* 小数部分乘以1000，例如：0.1111就转换为111.1，相当于保留三位小数。 */
        lcd_show_xnum(150, 130, temp, 3, 16, 0X80, BLUE);   /* 显示小数部分（前面转换为了整形显示），这里显示的就是111. */

        LED0_TOGGLE();
        delay_ms(100);
    }
}