ADC 的初识

news2024/11/27 2:45:15

ADC介绍

Q: ADC是什么？

A: 全称：Analog-to-Digital Converter，指模拟/数字转换器

ADC的性能指标

量程：能测量的电压范围
分辨率：ADC能辨别的最小模拟量，通常以输出二进制数的位数表示，比如：8、10、12、 16位等；位数越多，分辨率越高，一般来说分辨率越高，转化时间越长
转化时间：从转换开始到获得稳定的数字量输出所需要的时间称为转换时间

ADC特性

12位精度下转换速度可高达1MHZ
供电电压：V SSA ：0V，V DDA ：2.4V~3.6V
ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+

一般VREF-接 VSSA; VREF+接VDDA; 而VSSA一般接地，VDDA一般接3.3V；

所以量程是0 ~3.3v

采样时间可配置，采样时间越长, 转换结果相对越准确, 但是转换速度就越慢
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

16位寄存器里存放12位的精度的数据，就会涉及到左对齐和右对齐的问题（默认右对齐）

ADC通道

总共2个ADC（ADC1，ADC2），每个ADC有18个转换通道: 16个外部通道（也就是和GPIO口连在一起的）、 2个内部通道（温度传感器、内部参考电压）。

外部的16个通道在转换时又分为规则通道和注入通道，其中规则通道最多有16路，注入通道最多有4路。

可以这样理解：

规则组：正常排队的人；

注入组：有特权的人（军人、孕妇）

ADC转换顺序

每个ADC只有一个数据寄存器，16个通道一起共用这个寄存器，所以需要指定规则转换通道的转换顺序。

规则通道中的转换顺序由三个寄存器控制：SQR1、SQR2、SQR3，它们都是32位寄存器。SQR寄存器控制着转换通道的数目和转换顺序，只要在对应的寄存器位SQx中写入相应的通道，这个通道就是第x个转换。

和规则通道转换顺序的控制一样，注入通道的转换也是通过注入寄存器来控制，只不过只有一个 JSQR寄存器来控制，控制关系如下：

注入序列的转换顺序是从JSQx[ 4 : 0 ]（x=4-JL[1:0]）开始。只有当JL=4的时候，注入通道的转换顺序才会按照JSQ1、JSQ2、JSQ3、JSQ4的顺序执行。

ADC触发方式

1. 通过向控制寄存器ADC-CR2的ADON位写1来开启转换，写0停止转换。

2. 也可以通过外部事件（如定时器）进行转换。

ADC转化时间

ADC是挂载在APB2总线（PCLK2）上的，经过分频器得到ADC时钟（ADCCLK），最高 14 MHz。

转换时间 = 采样时间+12.5个周期

12.5个周期是固定的，一般我们设置 PCLK2=72M，经过 ADC 预分频器能分频到最大的时钟只能是 12M，采样周期（采样时间）设置为 1.5 个周期，则一共是14倍周期，为14 *（1/12000000）秒； 算出最短的转换时间为 1.17us。

ADC转化模式

扫描模式

关闭扫描模式：只转换ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的第一个通道

打开扫描模式：扫描所有被ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的所有通道

单次转换/连续转换

单次转换：只转换一次

连续转换：转换一次之后，立马进行下一次转换

使用ADC读取烟雾传感器的值的实验

硬件介绍

烟雾传感器：

如图所示，烟雾传感器的AO和DO分别代表模拟信号和数字信号，由于现在学习的ADC（模数转换），所以将AO引脚接入单片机，而不使用DO引脚。

那么AO应该接在哪里呢？

查看产品手册：

可见在STM32中，两路ADC的同一通道使用的同一个引脚

在这个实验中，将AO接入单片机的PA0，对应ADC1或2的通道0

CubeMX

1. 惯例设置 + 开一路串口

注意这里的时钟配置“Clock Configuration”，上面提到过，ADC是挂载在PCLK2上的，并经过分配得到ADC自己的时钟频率的。

问题在于，如果像之前那样设置HCLK为72MHz, 那么在尝试打开ADC的时候，会报错：

原因就是 ADC的最高频率是14MHz，然而根据惯例设置，分配到ADC处的频率变成了36MHz了。

解决办法就是：

先将弹出来的会话框点击NO（因为这是会自动帮忙配置的请求，这里只需要自己调整一下就可以），然后将ADC的分频系数改为“/6” 或 “/8”，这样就不会报错了：

2. 点击左侧的ADC，选择通道0：

2.1 此时，可以看到右侧的图中PA0被选中，再次证明PA0的确是ADC1的通道0：

2.2 在下方的参数设置，可以看到上面提到的关于ADC各种的设置，此处暂不修改

3. 惯例配置生成代码：

Keil

1. 因为要通过串口来打印数据，所以要重写printf，所以要打开miro-lib：

2. 代码：

#include "stdio.h"

int fputc(int a, FILE *f) //一个字符一个字符发送
{
	unsigned char temp[1] = {a};
	HAL_UART_Transmit(&huart1, temp, 1, 0xffff);
	return a;
}

int main(void)
{
  uint32_t smoke_value; //通过跳转可以知道 HAL_ADC_GetValue() 的返回值是“uint32_t”类型

  while (1)
  {
		HAL_ADC_Start(&hadc1); //启动ADC单次转换
		HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 50); //等待ADC转换完成，50是time out
		smoke_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); //读取ADC转换数据，通过跳转可以知道返回值是“uint32_t”类型
		printf("smoke_value = %f\r\n", 3.3/4096 * smoke_value);
		//printf("smoke_value = %d \r\n", smoke_value);
		HAL_Delay(500); //每500ms检测一次
  }
}

从HAL_ADC_GetValue(&hadc1)中读取到的是一个12位有效二进制数的值，而电压是3.3V，所以一个刻度的值就是 3.3/2^12 = 3.3/4096，把这个最小刻度值乘以读取到的值，就是有效的数据了。

而读出来的数其实就是电压的值，至于电压的值究竟对应多少烟雾含量，这个要看烟雾报警器的手册等。