STM32 A/D转换器

模拟量输入通道

A/D转换器简介

模拟量输入信号类型与量程自动转换

量程自动转换

STM32F103ZET6集成的ADC模块

STM32的ADC的主要特征

STM32的ADC模块结构

ADC中断事件主要有以下3个：

模拟量输入通道

模拟量输入通道一般由信号处理、模拟开关、放大器、采样—保持器和A/D转换器组成。根据需要，信号处理可选择的内容包括小信号放大、信号滤波、信号衰减、阻抗匹配、电平变换、非线性补偿、电流/电压转换等。

A/D转换器简介

在计算机控制系统中，大多采用低、中速的大规模集成A/D转换芯片。对于低、中速A/D转换器，这类芯片常用的转换方法有计数—比较式、双斜率积分式和逐次逼近式3种。计数比较式器件简单、价格便宜，但转换速度慢，较少采用。双斜率积分式精度高，有时也采用。由于逐次逼近式A/D转换技术能很好地兼顾速度和精度，故它在16位以下的A/D转换器件中得到了广泛的应用。近几年，又出现了16位以上的∑-ΔA/D转换器、流水线型A/D转换器和闪速型A/D转换器。

模拟量输入信号类型与量程自动转换

模拟量输入信号主要有以下两类：第一类为传感器输出的信号，如： ⑴ 电压信号：一般为mV信号，如热电偶（TC）的输出或电桥输出。 ⑵ 电阻信号：单位为Ω，如热电阻（RTD）信号，通过电桥转换成mV信号。 ⑶ 电流信号：一般为μA信号，如电流型集成温度传感器AD590的输出信号，通过取样电阻转换成mV信号。

对于以上这些信号往往不能直接送A/D转换，因为信号的幅值太小，需经运算放大器放大后，变换成标准电压信号，如0~5V，1~5V，0~10V，－5V~+5V等，送往A/D转换器进行采样。有些双积分A/D转换器的输入为－200mV~+200mV或－2V~+2V，有些A/D转换器内部带有程控增益放大器（PGA），可直接接受mV信号。第二类为变送器输出的信号，如： ⑴ 电流信号：0~10mA（0~1.5kΩ负载）或4~20mA（0~500Ω负载）。 ⑵ 电压信号：0~5V或1~5V等。电流信号可以远传，通过一个标准精密取样电阻就可以变成标准电压信号，送往A/D转换器进行采样，这类信号一般不需要放大处理。

量程自动转换

由于传感器所提供的信号变化范围很宽（从微伏到伏），特别是在多回路检测系统中，当各回路的参数信号不一样时，必须提供各种量程的放大器，才能保证送到计算机的信号一致（如0~5V）。在模拟系统中，为了放大不同的信号，需要使用不同倍数的放大器。随着计算机的应用，为了减少硬件设备，已经研制出可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier），简称PGA，其放大倍数可根据需要用程序进行控制。采用这种放大器，可通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。这就是量程自动转换。

STM32F103ZET6集成的ADC模块

STM32F103ZET6 微控制器集成有18路12位高速逐次逼近型模数转换器（ADC），可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高／低阈值。 ADC的输入时钟不得超过14MHz，由PCLK2经分频产生。

STM32的ADC的主要特征

STM32F103的ADC的主要特征如下：

（1）12位分辨率。

（2）转换结束、注入转换结束和发生模拟看门狗事件时产生中断。

（3）单次和连续转换模式。

（4）从通道0到通道n的自动扫描模式。

（5）自校准功能。

（6）带内嵌数据一致性的数据对齐。

（7）采样间隔可以按通道分别编程。

（8）规则转换和注入转换均有外部触发选项。

（9）间断模式。

（10）双重模式（带2个或以上ADC的器件）。

（11）ADC转换时间：时钟为56MHz时为1μs（时钟为72MHz为1.17μs）。

（12）ADC供电要求：2.4～3.6V。

（13）ADC输入范围：VREF-≤VIN≤VREF＋。

（14）规则通道转换期间有DMA请求产生。

STM32的ADC模块结构

ADC相关引脚有：

（1）模拟电源VDDA：等效于VDD的模拟电源且2.4V≤VDDA≤VDD（3.6V）。

（2）模拟电源地VSSA：等效于Vss的模拟电源地。

（3）模拟参考正极VREF+：ADC使用的高端／正极参考电压，2.4V≤VREF+≤VDDA。

（4）模拟参考负极VREF-：ADC使用的低端／负极参考电压，VREF-＝VSSA。

（5）模拟信号输入端ADCx_IN［15:0］：16个模拟输入通道。

1. ADC通道及分组 STM32F103微控制器的ADC最多有18路模拟输入通道。除了ADC1_IN16与内部温度传感器相连，ADC1_IN17与内部参照电压VREFINT（1.2V）相连，其他的16路通道ADCx_IN0~ADCx_IN15都被连接到STM32F103微控制器对应的I/O引脚上，可以用作模拟信号的输入。为了更好地进行通道管理和成组转换，借鉴中断中后台程序与前台程序的概念，STM32F103微控制器的ADC根据优先级把所有通道分为两个组：规则通道组和注入通道组。

（1）规则通道组划分到规则通道组（group of regular channel）中的通道称为规则通道。大多数的情况下，如果仅是一般模拟输入信号的转换，那么将该模拟输入信号的通道设置为规则通道即可。规则通道组最多可以有16个规则通道，当每个规则通道转换完成后，将转换结果保存到同一个规则通道数据寄存器，同时产生ADC转换结束事件，可以产生对应的中断和DMA请求。（2）注入通道组划分到注入通道组（group of injected channel）中的通道称为注入通道。如果需要转换的模拟输入信号的优先级较其他模拟输入信号要高，那么可将该模拟输入信号的通道归入注入通道组中。

注入通道组转换的启动有两种方式：触发注入和自动注入。（1）触发注入。触发注入方式与中断的前后台处理非常相似。中断会打断后台程序的正常运行，转而执行该中断对应的前台中断服务程序，在触发注入方式中，规则通道组可以看成后台的例行程序，而注入通道组可以视作前台的中断服务程序。（2）自动注入。在自动注入方式下，注入通道组将在规则通道组后被自动转换。

2. ADC工作过程 ADC通道的转换过程如下：

（1）输入信号经过ADC的输入信号通道ADCx_IN0~ADCx_IN15被送到ADC部件（即图11-2中的模拟至数字转换器）。

（2）ADC部件需要受到触发信号后才开始进行A/D转换，触发信号可以使用软件触发，也可以是EXTI外部触发或定时器触发。规则通道组的硬件触发源有EXTI_11、TIM8_TRGO、TIM1_CH1、TIM1_CH2、TIM1_CH3、TIM2_CH2、TIM3_TRGO和TIM4_CH4等，注入通道组的硬件触发源有EXT1_15、TIM8_CH4、TIM1_TRGO、TIM1_CH4、TIM2_TRGO、TIM2_CHI、TIM3_CH4和TIM4 TRGO等。

（3）ADC部件接收到触发信号后，在ADC时钟ADCCLK的驱动下，对输入通道的信号进行采样、量化和编码。

（4）ADC部件完成转换后，将转换后的12位数值以左对齐或者右对齐的方式保存到一个16位的规则通道数据寄存器或注入通道数据寄存器中，产生ADC转换结束／注入转换结束事件，可触发中断或DMA请求。

3．ADC触发转换 STM32F103微控制器ADC转换可以由外部事件触发（如果设置了ADCCR2寄存器的EXTTRIG控制位），例如定时器捕获、EXTI线等。

（1）ADC1和ADC2 ①1规则通道。对于ADC1和ADC2的规则通道，外部触发转换事件有以下8个：SWSTART（软件控制位）、TIM1_CC1、TIM1_CC2、TIM1_CC3、TIM2_CC2、TIM3_TRGO、TIM4_CC4、EXTI_11/TIM8_TRGO。 ② 注入通道对于ADC1和ADC2的注入通道，外部触发转换事件有以下8个：JSWSTART（软件控制位）、TIM1_TRGO、TIM1_CC4、TIM2_TRGO、TIM2_CC1、TIM3_CC4、TIM4_TRGO、EXTI_15/TIM8_CC4。

（2）ADC3 ① 规则通道。对于ADC3的规则通道，外部触发转换事件有以下8个：SWSTART（软件控制位）、TIM3_CC1、TIM2_CC3、TIM1_CC3、TIM8_CC1、TIM8_TRGO、TIM5_CC1和TIM5_CC3。 ② 注入通道对于ADC3的注入通道，外部触发转换事件有以下8个：JSWSTART（软件控制位）、TIM1_TRGO、TIM1＿CC3、TIM8_CC2、TIM8_CC4、TIM5_TRGO和TIM5_CC4。

4. ADC中断

ADC在每个通道转换完成后，可产生对应的中断请求。对于规则通道，如果ADCCR1寄存器的EOCIE位置1，则会产生EOC中断；对于注入通道，如果ADC_CR1寄存器的JEOCIE位置1，则会产生EOC中断。而且，当ADC1和ADC3的规则通道转换完成后，可产生DMA请求。 ADC在每个通道转换完成后，如果总中断和ADC中断未被屏蔽，则可产生中断请求，跳转到对应的ADC中断服务程序中执行。其中，ADC1和ADC2的中断映射在同一个中断向量上，而ADC3的中断有自己的中断向量。