STM32--ADC模数转换器

news2024/11/11 4:49:20

学习江科大自化协stm32教程记录的笔记

ADC模数转换器

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

DAC是数字-模拟转换器，但是PWM比DAC简单好用，一般使用DAC驱动电机，目前DAC主要应用于波形生成领域

12位逐次逼近型ADC，1us转换时间

分辨率：0 ~ 212 -1,即0 ~ 4095 ，位数越高量化结果越精细，分辨率越高

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

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

规则组和注入组两个转换单元

一次启动一个组，可以连续转换多个数据

模拟看门狗自动监测输入电压范围

检测指定通道，当数值超出阈值时，自动申请中断，无需手动在主函数中进行判断

一、逐次逼近型ADC

image-20221211123629747

二、ADC框图

2.1完整框图

image-20221211131053264

2.2 分析

image-20221211134242951

image-20221211143348853

2.3 输入通道对应引脚

通道ADC1ADC2ADC3
通道0PA0PA0PA0
通道1PA1PA1PA1
通道2PA2PA2PA2
通道3PA3PA3PA3
通道4PA4PA4PF6
通道5PA5PA5PF7
通道6PA6PA6PF8
通道7PA7PA7PF9
通道8PB0PB0PF10
通道9PB1PB1
通道10PC0PC0PC0
通道11PC1PC1PC1
通道12PC2PC2PC2
通道13PC3PC3PC3
通道14PC4PC4
通道15PC5PC5
通道16温度传感器
通道17内部参考电压

三、转换模式

1、单次转换，非扫描模式

2、连续转换，非扫描模式

3、单次转换，扫描模式

4、连续转换，扫描模式

image-20221211144033797

image-20221211144356149

四、触发控制

image-20221211144655873

五、数据对齐

右对齐

image-20221211144528294

左对齐

image-20221211144533308

一般使用右对齐，读出数据直接就是转换结果

左对齐可以降低精度，只读高八位，舍去后四位

六、转换时间

AD转换的步骤：采样，保持，量化，编码

其中采样、保持放一起，量化、编码放一起

STM32 ADC的总转换时间为：TCONV = 采样时间 + 12.5个ADC周期

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

七、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。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

建议在每次上电后执行一次校准

启动校准前， ADC必须处于关电状态超过至少两个ADC时钟周期

实例：AD单通道和AD多通道

AD单通道

功能实现：用电位计产生0~3.3V的连续变化的模拟电压，在LCD显示转换后的数据和处理后得到的电压值

AD.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void AD_Init(void){
	//开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	//选择规则组的输入通道
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
	//初始化ADC
	ADC_InitTypeDef ADC_InitTypeDefstructure;
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//对齐方式
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//触发源选择
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//配置ADC工作模式
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//连续转换
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//扫描转换
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_NbrOfChannel = 1;//通道数目
	
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitTypeDefstructure);
	
	//开启ADC
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
	//校准ADC
	ADC_ResetCalibration(ADC1);//复位校准
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);//等待校准完成
	ADC_StartCalibration(ADC1);//复位校准
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	
}

uint16_t AD_GetValue(void){
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);//软件触发转换
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == RESET);//获取标志位状态
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);//获取转换值
}

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 "OLED.h" 
#include "AD.h" 

uint16_t value;
float V;
int main(){
	OLED_Init();
	AD_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"ADValue:");
	OLED_ShowString(2,1,"V:0.00V");
	while(1){
		value = AD_GetValue();
		V = (float)value /4095 * 3.3;
		OLED_ShowNum(1,9,value,4);
		OLED_ShowNum(2,3,V,1);
		OLED_ShowNum(2,5,(uint16_t)(V*100)%100,2);
		
	}
}

OLED.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void LCD_Init(void){

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    	
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);
}

void LED1_on(void){
	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}
void LED1_off(void){
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}
void LED1_Turn(void){
	if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1) == 0){
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
	}
	else{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
	}
}
void LED2_on(void){
	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}
void LED2_off(void){
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}
void LED2_Turn(void){
	if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2) == 0){
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
	}
	else{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
	}
}

OLED.h

#ifndef __LCD_H__
#define __LCD_H__

void LCD_Init(void);
void LED1_on(void);
void LED1_off(void);
void LED2_on(void);
void LED2_off(void);
void LED1_Turn(void);
void LED2_Turn(void);
#endif

AD多通道

功能实现：同时测光敏、热敏、反射红外、电位计的转换值，并显示

AD.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void AD_Init(void){
	//开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
	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);
	
	
	//初始化ADC
	ADC_InitTypeDef ADC_InitTypeDefstructure;
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//对齐方式
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//触发源选择
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//配置ADC工作模式
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//连续转换
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//扫描转换
	ADC_InitTypeDefstructure.ADC_NbrOfChannel = 1;//通道数目
	
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitTypeDefstructure);
	
	//开启ADC
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
	//校准ADC
	ADC_ResetCalibration(ADC1);//复位校准
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);//等待校准完成
	ADC_StartCalibration(ADC1);//复位校准
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	
}

uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel){
	//选择规则组的输入通道
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);//软件触发转换
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == RESET);//获取标志位状态
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);//获取转换值
}

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 "OLED.h" 
#include "AD.h" 

uint16_t AD0,AD1,AD2,AD3;
float V;
int main(){
	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,AD0,4);
		OLED_ShowNum(2,5,AD1,4);
		OLED_ShowNum(3,5,AD2,4);
		OLED_ShowNum(4,5,AD3,4);
		
	}
}

OLED.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void LCD_Init(void){

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    	
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);
}

void LED1_on(void){
	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}
void LED1_off(void){
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}
void LED1_Turn(void){
	if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1) == 0){
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
	}
	else{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
	}
}
void LED2_on(void){
	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}
void LED2_off(void){
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}
void LED2_Turn(void){
	if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2) == 0){
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
	}
	else{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
	}
}

OLED.h

#ifndef __LCD_H__
#define __LCD_H__

void LCD_Init(void);
void LED1_on(void);
void LED1_off(void);
void LED2_on(void);
void LED2_off(void);
void LED1_Turn(void);
void LED2_Turn(void);
#endif

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