速通蓝桥杯嵌入式省一教程：（八）ADC测量模拟电压

news2024/11/23 3:07:55

ADC(Analog to Digital Converter)，模拟数字转换器，是电子工程师必须掌握的一个内容。由于单片机、计算机等是由0和1组成的，因此其无法直接测量或使用连续的模拟信号，需要用ADC将模拟信号转换为离散的数字信号。ADC的具体原理在此处不做展开，我们需要知道的是，ADC内核一般要使用两个参考电压 $V_{R+}$ （在单片机中，一般为3.3V）和 $V_{R-}$ （在单片机中，一般为0）。ADC的分辨率是指转换为数字信号的精度，如12位ADC能够得到数字信号的最大值为 $2^{12}-1=4095$ 。以12位分辨率为例，当输入电压 $V_{in}>=V_{R+}$ 时，ADC输出满量程值0xFFF；当 $V_{in}<=V_{R-}$ 时，ADC输出0；当 $V_{R-}<V_{in}<V_{R+}$ 时，ADC的输出电压 $N=4095*(V_{in}-V_{R-})/(V_{R+}-V_{R-})=4095*V_{in}/3.3$ 。

因此，若想要使用ADC测量外界某一量程范围内的电压值，只需要将其输入至ADC的通道，读取ADC的输出值，再用输出值公式反向计算输入电压即可。即 $V_{in}=3.3*N/4095$ 。

下面我们用PB15的ADC通道测量模拟电压。首先配置Cube：

这里我们不使用ADC外部中断(EXTI(EXTernal Interrupt))，而是使用输入通道15(IN15)。

在圆圈处可以看到，此ADC的分辨率为12位，即它的最大输出为4095。

这样就设置完成了。而使用ADC的代码也非常简单，只需要用到两个HAL库函数：开启ADC和读取ADC输出：

double getADC(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
    uint16_t adc = 0;

    HAL_ADC_Start(hadc);             //开启ADC
    adc = HAL_ADC_GetValue(hadc);    //读取ADC输出

    return 3.3*adc/4095;
}

在主循环中调用此函数，即可通过PB15引脚持续测量外部模拟电压值：

double Vin = getADC(&hadc2);

下面我们以第十四届省赛题为例，总结ADC的用法：

查看电路原理图（资源数据包中的CT117E-M4产品手册），可以看到R37对应的引脚为PB15：

通过调节电位器R37，PB15的模拟电压值能从0~3.3V变化。我们将PB15设置为ADC输入通道，测量其电压值（用以上代码即可），并将测量得到的模拟电压值与PA1输出的占空比建立映射关系：

double pa1_duty = 0.5;
int pa1_autoreload = 20000;

while (1)
{
    uint16_t V_R37 = getADC(&hadc2);
    pa1_duty = ((0.85-0.1)/(3-1))*(V_R37-1)+0.1;
    if (pa1_duty < 0.1)    pa1_duty = 0.1;
    else if (pa1_duty > 0.85)    pa1_duty = 0.85;
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, int(pa1_autoreload*pa1_duty));
}

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