一文詳解ADC模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

ADC簡(jiǎn)介

12位ADC是一種逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它有多達(dá)18個(gè)通道，可以測(cè)量16個(gè)外部和2個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。各通道的A/D轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行.ADC的結(jié)果可以是左對(duì)齊或者是右對(duì)齊方式存儲(chǔ)在16位數(shù)據(jù)寄存器中。

模擬看門(mén)狗特性允許應(yīng)用程序檢測(cè)輸入電壓是否超出用戶定義的高/低閾值。

ADC的輸入時(shí)鐘不得超過(guò)14MHZ，它是由PCLK2經(jīng)分頻產(chǎn)生。

ADC主要特征

12位分辨率

轉(zhuǎn)換結(jié)束、注入轉(zhuǎn)換結(jié)束和發(fā)生模擬看門(mén)狗事件時(shí)產(chǎn)生中斷

單次和連續(xù)轉(zhuǎn)換模式

從通道0到通道n的自動(dòng)掃描模式

自校準(zhǔn)

帶內(nèi)嵌數(shù)據(jù)一致性的數(shù)據(jù)對(duì)齊

采樣間隔時(shí)間可以按通道分別編程

規(guī)則轉(zhuǎn)換和注入轉(zhuǎn)換均有外部觸發(fā)選項(xiàng)

間斷模式

雙重模式(帶2個(gè)或以上ADC的器件)

ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間

ADC供電要求：2.4V到3.6v

ADC輸入范圍：Vref-

規(guī)則通道轉(zhuǎn)換期間有DMA請(qǐng)求產(chǎn)生

ADC功能框圖

注意：1、ADC3的規(guī)則轉(zhuǎn)換和注入轉(zhuǎn)換觸發(fā)與ADC1和ADC2的不同

2、TIM8_CH4和TIM8_TRGO及他們的重映射位只存在于大容量產(chǎn)品中

ADC引腳

VDDA和VSSA應(yīng)該分別連接到VDD和VSS。

電壓輸入范圍

ADC輸入范圍為Vref-

通道選擇

有16個(gè)通道，可以把轉(zhuǎn)換組織分成兩組：規(guī)則組和注入組。在任意多個(gè)通道上以任意順序進(jìn)行的一系列轉(zhuǎn)換構(gòu)成成組轉(zhuǎn)換。例如，可以如下順序完成轉(zhuǎn)換：通道3、通道8、通道2、通道0、通道2、通道15。

規(guī)則組：由多達(dá)16個(gè)轉(zhuǎn)換組成，規(guī)則通道和它們的轉(zhuǎn)換順序在ADC_SQRx寄存器中選擇，規(guī)則組中轉(zhuǎn)換的總數(shù)應(yīng)寫(xiě)入ADC_SQR1寄存器的了L[3:0]位中

注入組：由多達(dá)4個(gè)轉(zhuǎn)換組成，注入通道和它們的轉(zhuǎn)換順序在ADC_JSQR寄存器中選擇，注入組里的轉(zhuǎn)換總數(shù)目應(yīng)寫(xiě)入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]中

如果 ADC_SQRx 或 ADC_JSQR 寄存器在轉(zhuǎn)換期間被更改，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換被清除，一個(gè)新的啟動(dòng)脈

沖將發(fā)送到 ADC 以轉(zhuǎn)換新選擇的組。

溫度傳感器/Vrefint內(nèi)部通道

溫度傳感器和通道ADC_IN16相連接，內(nèi)部參照電壓Vrefint和ADC_IN17相連接?？梢园醋⑷牖蛞?guī)則通道對(duì)這兩個(gè)內(nèi)部通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換

單次轉(zhuǎn)換模式

單次轉(zhuǎn)換模式下，ADC只執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換，該模式下即可通過(guò)設(shè)置ADC_CR2寄存器的ADON位(只適用于規(guī)則通道)啟動(dòng)也可通過(guò)外部觸發(fā)啟動(dòng)(適用于規(guī)則通道或注入通道)，這時(shí)CONT位為0.

一旦選擇通道的轉(zhuǎn)換完成：

如果一個(gè)規(guī)則通道被轉(zhuǎn)換：

-轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在16位ADC_DR寄存器中

-EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置

-如果設(shè)置了EOCIE，則產(chǎn)生中斷

如果一個(gè)注入通道被轉(zhuǎn)換

-轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在16位的ADC_DRJ1寄存器中

-JEOC(注入轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置

-如果設(shè)置了JEOCIE位，則產(chǎn)生中斷

連續(xù)轉(zhuǎn)換模式

在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式中，當(dāng)前面ADC轉(zhuǎn)換一結(jié)束馬上就啟動(dòng)另一次轉(zhuǎn)換。此模式可通過(guò)外部觸發(fā)啟動(dòng)或通過(guò)設(shè)置ADC_CR2寄存器上的ADON位啟動(dòng)，此時(shí)的CONT位是1.

每個(gè)轉(zhuǎn)換后：

如果一個(gè)規(guī)則通道被轉(zhuǎn)換

-規(guī)則數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在16位的ADC_DR寄存器中

-EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置

-如果設(shè)置了EOCIE，則產(chǎn)生中斷

如果一個(gè)注入通道被轉(zhuǎn)換：

-轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在16位的ADC_DRJ1寄存器中

-JEOC(注入轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置

-如果設(shè)置了JEOCIE位，則產(chǎn)生中斷

規(guī)則通道：顧名思義，規(guī)則就是規(guī)矩的意思，我們平時(shí)一般使用的就是這個(gè)通道，或者應(yīng)該說(shuō)我們用到的就是這個(gè)通道，沒(méi)有什么要特別注意的。

注入通道：注入，可以理解為插入，插隊(duì)的意思，就是一種不安分的意思，它是一種在規(guī)則通道轉(zhuǎn)換的時(shí)候強(qiáng)行插入的一種轉(zhuǎn)換通道，如果在規(guī)則通道轉(zhuǎn)換過(guò)程中，有注入通道插隊(duì)，那么就要先轉(zhuǎn)換完注入通道，等注入通道完成之后，再回到規(guī)則通道的轉(zhuǎn)換流程。這點(diǎn)跟中斷程序很像，都是不安分的主，所以注入通道只有在規(guī)則通道存在時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。

轉(zhuǎn)換順序

規(guī)則序列

規(guī)則序列寄存器有3個(gè)，分別為SQR3、SQR2、SQR1。SQR3控制著規(guī)則序列中的第一個(gè)到第六個(gè)轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)的位為：SQ1[4:0]~SQ6[4:0]，第一次轉(zhuǎn)換的是位 4:0 SQ1[4:0]，如果通道 16 想第一 次轉(zhuǎn)換，那么在 SQ1[4:0] 寫(xiě) 16 即可。SQR2 控制著規(guī)則序列中的第 7 到第 12 個(gè)轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)的位 為：SQ7[4:0]~SQ12[4:0]，如果通道 1 想第 8 個(gè)轉(zhuǎn)換，則 SQ8[4:0] 寫(xiě) 1 即可。SQR1 控制著規(guī)則序 列中的第 13 到第 16 個(gè)轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)位為：SQ13[4:0]~SQ16[4:0]，如果通道 6 想第 10 個(gè)轉(zhuǎn)換，則 SQ10[4:0] 寫(xiě) 6 即可。具體使用多少個(gè)通道，由 SQR1 的位 L[3:0] 決定，最多 16 個(gè)通道。

注入序列

注入序列寄存器JSQR只有一個(gè)，最多支持4個(gè)通道，具體多少個(gè)由JSQR的JL[2:0]決定。如果JL的值小于4的話，則JSQR跟SQR決定轉(zhuǎn)換順序的設(shè)置不一樣，第一次轉(zhuǎn)換的不是JSQR1[4:0];而是JCQRx[4:0],x=4-JL,跟SQR剛好相反，如果 JL=00(1 個(gè)轉(zhuǎn)換)，那么轉(zhuǎn)換的順序是從 JSQR4[4:0] 開(kāi)始，而不是從 JSQR1[4:0] 開(kāi)始，這個(gè)要注意，編程的時(shí)候不要搞錯(cuò)。當(dāng) JL 等于 4 時(shí)，跟 SQR 一樣。

觸發(fā)源

通道選好了，轉(zhuǎn)換的順序也設(shè)置好了，那接下來(lái)就開(kāi)始轉(zhuǎn)換了，ADC的轉(zhuǎn)換可以由ADC控制寄存器2：ADC_CR2的ADON這個(gè)位來(lái)控制，寫(xiě)1的時(shí)候開(kāi)始轉(zhuǎn)換，寫(xiě)0的時(shí)候停止轉(zhuǎn)換，這個(gè)是最簡(jiǎn)單也是最好理解的開(kāi)啟ADC轉(zhuǎn)換的控制方式。

除了這種控制方法，ADC還支持觸發(fā)轉(zhuǎn)換，這個(gè)觸發(fā)包括內(nèi)部定時(shí)器觸發(fā)和外部IO觸發(fā)。觸發(fā)源有很多，具體選擇哪一種觸發(fā)源，由ADC控制寄存器2：ADC_CR2的EXTSEL[2:0]和JEXTSEL [2:0]位來(lái)控制。EXTSEL[2:0]用于選擇規(guī)則通道的觸發(fā)源JEXTSEL [2:0]用于選擇注入通道的觸發(fā)源。選定好觸發(fā)源之后，觸發(fā)源是否要激活，則由 ADC控制寄存器2:ADC_CR2 的

EXTTRIG 和 JEXTTRIG 這兩位來(lái)激活。其中 ADC3 的規(guī)則轉(zhuǎn)換和注入轉(zhuǎn)換的觸發(fā)源與 ADC1/2

的有所不同，在框圖上已經(jīng)表示出來(lái).

轉(zhuǎn)換時(shí)間

ADC時(shí)鐘

ADC輸入時(shí)鐘ADC_CLK由PCLK2經(jīng)過(guò)分頻產(chǎn)生，最大是14MHZ，分頻因子由RCC時(shí)鐘配置寄存器RCC_CFGR的位15：14設(shè)置，可以是2/4/6/8分頻，注意這里沒(méi)有1分頻。一般我們?cè)O(shè)置PCLK2=HCLK=72M。

采樣時(shí)間

ADC使用若干個(gè)ADC_CLK周期對(duì)輸入的電壓進(jìn)行采樣，采樣的周期數(shù)可通過(guò)ADC采樣時(shí)間寄存器ADC_SMPR1控制的是通道10~17.每個(gè)通道可以分別使用不同的時(shí)間采樣，其中采樣周期最小是1.5個(gè)。

ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間跟 ADC 的輸入時(shí)鐘和采樣時(shí)間有關(guān)，公式為： Tconv = 采樣時(shí)間 + 12.5 個(gè)周期。 當(dāng) ADCLK = 14MHZ (最高)，采樣時(shí)間設(shè)置為 1.5 周期(最快)，那么總的轉(zhuǎn)換時(shí)間(最短) Tconv = 1.5 周期 + 12.5 周期 = 14 周期 = 1us 。

一般我們?cè)O(shè)置 PCLK2=72M ，經(jīng)過(guò) ADC 預(yù)分頻器能分頻到最大的時(shí)鐘只能是 12M ，采樣周期設(shè)

置為 1.5 個(gè)周期，算出最短的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1.17us ，這個(gè)才是最常用的。

中斷

轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后可以產(chǎn)生中斷，中斷分為3種：規(guī)則通道轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷，注入轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷，模擬看門(mén)狗中斷。其中轉(zhuǎn)換結(jié)束很好理解，跟我們平時(shí)接觸的中斷一樣，有相應(yīng)的中斷標(biāo)志位和中斷使能位，我們還可以根據(jù)中斷類型寫(xiě)相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。

模擬看門(mén)狗中斷

當(dāng)被ADC轉(zhuǎn)換的模擬電壓低于閾值或者高于閾值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生中斷，前提是我們開(kāi)起了模擬看門(mén)狗中斷，其中低閾值和高閾值由ADC_LTR和ADC_HTR設(shè)置。例如我們?cè)O(shè)置高閾值是2.5V，那么模擬電壓超過(guò)2.5V的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生模擬看門(mén)狗中斷，反之低閾值也一樣。

DMA請(qǐng)求

規(guī)則和注入通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，除了產(chǎn)生中斷外，還可以產(chǎn)生DMA請(qǐng)求，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在內(nèi)存里面。要注意的是只有ADC1和ADC3可以產(chǎn)生DMA請(qǐng)求。

ADC_Mode ：配置 ADC 的模式，當(dāng)使用一個(gè) ADC 時(shí)是獨(dú)立模式，使用兩個(gè) ADC 時(shí)是雙模式，

在雙模式下還有很多細(xì)分模式可選，我們一般使用一個(gè) ADC 的獨(dú)立模式。

ScanConvMode ：可選參數(shù)為 ENABLE 和 DISABLE ，配置是否使用掃描。如果是單通道 AD 轉(zhuǎn)換

使用 DISABLE ，如果是多通道 AD 轉(zhuǎn)換使用 ENABLE 。

ADC_ContinuousConvMode ：可選參數(shù)為 ENABLE 和 DISABLE ，配置是啟動(dòng)自動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換還是單

次轉(zhuǎn)換。使用 ENABLE 配置為使能自動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換;使用 DISABLE 配置為單次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換一次后

停止需要手動(dòng)控制才重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。一般設(shè)置為連續(xù)轉(zhuǎn)換。

ADC_ExternalTrigConv ：外部觸發(fā)選擇，圖 單個(gè) ADC 功能框圖 中列舉了很多外部觸發(fā)條件，可

根據(jù)項(xiàng)目需求配置觸發(fā)來(lái)源。實(shí)際上，我們一般使用軟件自動(dòng)觸發(fā)。

ADC_DataAlign ：轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)齊模式，可選右對(duì)齊 ADC_DataAlign_Right 或者左對(duì)齊

ADC_DataAlign_Left 。一般我們選擇右對(duì)齊模式。

ADC_NbrOfChannel ： AD 轉(zhuǎn)換通道數(shù)目，根據(jù)實(shí)際設(shè)置即可。

其中實(shí)驗(yàn)可以分為4個(gè)實(shí)驗(yàn)：獨(dú)立模式單通道采集實(shí)驗(yàn)(分為中斷存儲(chǔ)和DMA直接存儲(chǔ))、獨(dú)立模式多通道采集實(shí)驗(yàn)、雙重ADC同步規(guī)則模式采集實(shí)驗(yàn)

我直接以雙重ADC同步規(guī)則模式采集實(shí)驗(yàn)為例

宏定義：

main.c

個(gè)人總結(jié)

關(guān)于ADC程序驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě)，STM32官方的例程中有一些幫助，對(duì)于程序編寫(xiě)的步驟我總結(jié)如下：

1、初始ADC用到的GPIO

2、設(shè)置ADC的工作參數(shù)并初始化

3、設(shè)置ADC工作時(shí)鐘(在RCC文件的ADC設(shè)置)

4、設(shè)置ADC轉(zhuǎn)換通道順序和采樣時(shí)間

5、配置使能ADC轉(zhuǎn)換完成中斷，在中斷內(nèi)讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

6、如果是DMA讀取數(shù)據(jù)，需要配置ADC的響應(yīng)DMA

7、使能軟件觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換