STM32學習心得二十三：ADC轉換原理及模數轉換實驗

記錄一下，方便以後翻閱~
主要內容：
1） STM32 ADC相關知識；
2）相關寄存器和庫函數配置；
3）相關實驗代碼解讀。
實驗功能：針對GPIOA, 引腳1，實時採集開發版上3.3v的電壓信號（用杜邦線連接），在串口調試助手上實時觀察該電壓值。
官方資料：《STM32中文參考手冊V10》第11章——模擬/數字轉換（ADC）
1. ADC (Analog-to-Digital Converter)模/數轉換器
ADC是指將連續變量的模擬信號轉換爲離散的數字信號的器件。典型的模擬/數字轉換器將模擬信號轉換爲表示一定比例電壓值的數字信號。
2. STM32 ADC特點
2.1 12位逐次逼近型的模擬數字轉換器；
2.2 最多帶3個ADC控制器（如下圖所示，其中144腳芯片因爲帶PF腳，所以多5個通道，爲21個外部通道。小於144腳芯片只有16個外部通道）；

2.3 最多支持18個通道，可最多測量16個外部和2個內部信號源；
2.4 支持單次和連續轉換模式；
2.5 轉換結束，注入轉換結束，和發生模擬看門狗事件時產生中斷；
2.6 通道0到通道n的自動掃描模式；
2.7 自動校準；
2.8 採樣間隔可以按通道編程；
2.9 規則通道和注入通道均有外部觸發選項；
2.10 轉換結果支持左對齊或右對齊方式存儲在16位數據寄存器；
2.11 ADC轉換時間：最大轉換速率1us（最大轉換速度爲1MHz，在ADCCLK=14M，採樣週期爲1.5個ADC時鐘下得到）；
2.12 ADC供電要求：2.4V-3.6V（ADC引腳輸入不要超過3.3v，否則會燒壞！）；
2.13 ADC輸入範圍：VREF-≤ VIN ≤ VREF+。
3. STM32F10x系列芯片ADC通道和引腳對應關係

4. ADC引腳

5. ADC框圖

6. STM32通道組
6.1 規則通道組：相當正常運行的程序。最多16個通道。規則通道和它的轉換順序在ADC_SQRx寄存器中選擇，規則組轉換的總數應寫入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]中；
6.2 注入通道組：相當於中斷。最多4個通道。注入組和它的轉換順序在ADC_JSQR寄存器中選擇。注入組裏轉化的總數應寫入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]中。

STM32F1的ADC的各通道可以單次，連續，掃描或者間斷模式執行。
7. 相關寄存器
7.1 單次轉化 VS 連續轉換

7.2 掃描模式

7.3 ADC中斷

7.4 ADC時鐘配置

備註：不要讓ADC時鐘超過14MHz，否則可能不準。
推薦函數配置：

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

7.5 ADC_CR1寄存器

在掃描模式下，由ADC_SQRx或者ADC_JSQRx寄存器選中的通道被轉換。如果設置了EOCIE或者JEOCIE，在最後一個通道轉換完畢後纔會產生EOC或者JEOC中斷。

7.6 ADC_CR2寄存器

7.7 數據對齊方式

7.8 ADC_SMPR1寄存器

7.9 ADC_SMPR2寄存器

7.10 ACD採樣時間

最小轉換時間1us(ADC時鐘=14MHz，採樣週期爲1.5週期下得到）
7.11 ADC_SQR1/SQR2/SQR3規則序列寄存器

7.12 ADC_JSQR注入系列寄存器

7.13 ADC_DR規則通道數據寄存器

7.14 ADC_JDR注入通道數據寄存器

7.15 ADC_SR狀態寄存器

8. 常用庫函數
8.1 常用庫函數一覽

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);
void ADC_DeInit(ADC_TypeDef* ADCx)；
void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void ADC_ITConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint16_t ADC_IT, FunctionalState NewState);
void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
voidADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);
uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_ResetCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);
FlagStatus ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);
FlagStatus ADC_GetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);

8.2 ADC初始化函數

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);
typedef struct
{
  uint32_t ADC_Mode;                      //ADC模式：配置ADC_CR1寄存器的位[19:16]：DUALMODE[3:0]位//
  FunctionalState ADC_ScanConvMode;       //是否使用掃描模式。ADC_CR1位8：SCAN位// 
  FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; //單次轉換OR連續轉換：ADC_CR2的位1：CONT//
  uint32_t ADC_ExternalTrigConv;          //觸發方式：ADC_CR2的位[19:17]：EXTSEL[2:0]//                
  uint32_t ADC_DataAlign;                 //對齊方式：左對齊還是右對齊：ADC_CR2的位11：ALIGN// 
  uint8_t ADC_NbrOfChannel;               //規則通道序列長度：ADC_SQR1的位[23:20]：L[3:0]//       
}
ADC_InitTypeDef;

例：

ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                   //獨立模式
ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;                        //不開啓掃描 
ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;                  //單次轉換模式
ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;  //觸發軟件 
ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;               //ADC數據右對齊
ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;                              //順序進行規則轉換的ADC通道的數目
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

8.3 ADC使能函數 ADC_Cmd();

void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

例：

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);                      //使能指定的ADC1//

8.4
ADC使能軟件轉換函數

void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef*  ADCx,  FunctionalState NewState);

例：

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);    //使能ADC1的軟件轉換啓動//

8.5 ADC 規則通道配置函數

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);

例：

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );

8.6 ADC 獲取轉換結果函數

uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);

例：

ADC_GetConversionValue(ADC1);               //獲取ADC1轉換結果//

9. 一般配置步驟
9.1 開啓PA口時鐘和ADC1時鐘，設置PA1爲模擬輸入；

GPIO_Init(); 
APB2PeriphClockCmd();

9.2 復位ADC1，同時設置ADC1分頻因子；

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
ADC_DeInit(ADC1);

9.3 初始化ADC1參數，設置ADC1的工作模式以及規則序列的相關信息；

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)；

9.4 使能ADC並校準；

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

ADC_ResetCalibration(ADC1);                 //使能復位校準//   
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待復位校準結束// 
ADC_StartCalibration(ADC1);                 //開啓AD校準//
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));      //等待校準結束//

9.5 配置規則通道參數；

ADC_RegularChannelConfig();

9.6 開啓軟件轉換：

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);

9.7 等待轉換完成，讀取ADC值。

while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));   //等待轉換結束，EOC=1時，轉換完成，則While停止//

ADC_GetConversionValue(ADC1);

相關代碼解讀
10.1 adc.h頭文件代碼解讀

#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H 
#include "sys.h"
//申明瞭三個函數//
void Adc_Init(void);  
u16  Get_Adc(u8 ch); 
u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times); 
#endif

10.2 adc.c文件代碼解讀

#include "adc.h"
#include "delay.h"
//編寫void Adc_Init(void)函數//                   
void  Adc_Init(void)
{  
 ADC_InitTypeDef  ADC_InitStructure;              //ADC_Init初始化結構體//
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;             //GPIO_Init初始化結構體//
 //使能GPIOA和ADC1通道時鐘//
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1 , ENABLE );  
 //配置GPIOA,引腳1，模擬輸入//                        
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_1;       //引腳1//
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;    //模擬輸入//
 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 
 //設置ADC分頻因子6,72M/6=12M,ADC最大時間不能超過14M//
 RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   
 ADC_DeInit(ADC1);                                //復位ADC1，可寫可不寫// 
 //配置ADC_Init結構體參數//
 //ADC_CR1寄存器，位[19:16]：DUALMODE雙模式選擇，ADC_Mode_Independent=0x00000000，獨立模式//
 ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                   
 //ADC_CR1寄存器，位8：SCAN掃描模式，0關閉掃描模式//
 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;   
 //ADC_CR2寄存器，位1：CONT連續轉換，0單次轉換模式// 
 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
 //ADC_CR2寄存器，位[19:17]：EXTSEL選擇啓動規則通道組轉換的外部事件，ADC_ExternalTrigConv_None=0x000E0000，SWSTART軟件控制// 
 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; 
 //ADC_CR2寄存器，位11：ALIGN數據對齊，ADC_DataAlign_Right=0x00000000，右對齊//
 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; 
 //ADC_SQR1寄存器，位[23:20]：L規則通道序列長度，1指1個轉換，即位[23:20]設爲0000//
 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; 
 ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);    
 //使能指定的ADC1//
 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); 
 //下面四個函數用於校準//
 ADC_ResetCalibration(ADC1);                     //使能復位校準//   
 while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));     //等待復位校準結束// 
 ADC_StartCalibration(ADC1);                     //開啓AD校準//
 while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));          //等待校準結束//
}      
//編寫u16 Get_Adc函數(u8 ch)//
u16 Get_Adc(u8 ch)   
{
 //設置指定ADC的規則組通道，四個入口參數//
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );           
 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);          //使能指定的ADC1的軟件轉換啓動功能// 
 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));  //等待轉換結束，EOC=1時，轉換完成，則While停止//
 return ADC_GetConversionValue(ADC1);             //返回最近一次ADC1規則組的轉換結果//
}
//編寫u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)//
u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
 u32 temp_val=0;
 u8 t;
 for(t=0;t<times;t++)
 {
  temp_val+=Get_Adc(ch);
  delay_ms(5);
 }
 return temp_val/times;
}

10.3 main.c代碼解讀

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"  
#include "adc.h"
int main(void)
 {  
  u16 adcx;
  float temp;
  delay_init();        //延時函數初始化   
  uart_init(115200);   //串口初始化爲115200
  LED_Init();          //LED端口初始化
  Adc_Init();          //ADC初始化    
 while(1)
 {
  adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10);
  temp=(float)adcx*(3.3/4096);
  printf("電壓大小（從二進制寄存器讀取後轉換爲十進制）:%d\n",adcx); 
  printf("電壓大小（換算成電壓單位後）:%f\n",temp);
  LED0=!LED0;
  delay_ms(250); 
 }
 }

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