8.STM32—ADC模数转换器
本文来自于《STM32——江科大》的笔记整理。
文章目录
8.1 ADC模数转换器
ADC简介
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，数字模拟转换器，使用DAC就可以将数字变量转为模拟电压（PWM也是一种））
12位逐次逼近型ADC（它的表示范围就是0~2^(12-1)——>
0~4095），1us转换时间（对应频率1MHz）输入电压范围：
0~3.3V，转换结果范围：0~409518个输入通道，可测量16个外部（16个GPIO口）和2个内部信号源（内部温度传感器和内部参考电压）
规则组和注入组两个转换单元
模拟看门狗自动监测输入电压范围。
STM32F103C8T6 ADC资源：ADC1、ADC2，10个外部输入通道
逐次逼近型ADC
为了尽快找到未知电压的编码我们采用二分法来寻找，这里是8位的ADC,编码就是0~255。
第一次比较的时候我们输出一半也就是128，比较谁大谁小，如果DAC电压大了，第二次比较的时候，就在给128的一半，64，如果还大，第三次给32，如果这次小了，第四次那么就给32-64之间的值。这里我们发现如果用二进制来表示的话这些数据正好二进制是每一位的位权，那么这个哦按段的过程相当于就是对二进制从高位到低位依次判断是1还是0的过程，对于8位的ADC，依次判断8次就能找到未知电压的编码了。
STM的ADC框图
规则组虽然可以转16个通道，但是只有一个数据寄存器，如果不想被覆盖，那在赋值之后尽快拿走（DMA的笔记在后面会写）。
注入组有4个通道，4个数据寄存器，不需要担心数据被覆盖的问题。
我们学习规则组，通过结合DMA转运数据，这样就不用担心数据被覆盖的问题了。
触发ADC转换的信号有两种，软件触发（在程序中手动调用一条代码）和硬件触发
ADCCLK最大是14MHz，选择的预分频也只能是6分频12MHz和8分频9MHz
ADC基本结构
输出通道
转换模式(规则组)
- 单次转换，非扫描模式
- 连续转换，非扫描模式
- 单次转换，扫描模式（需要使用DMA移走数据）
- 连续转换，扫描模式（需要使用DMA移走数据）
触发控制
数据对齐
常用：右对齐
转换时间
- AD转换的步骤：采样，保持，量化，编码
- 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
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。
硬件电路
8.2 AD单通道＆AD多通道
OLED代码 -->见STM32——OLED显示屏
8.2.1 AD单通道
AD.h
#ifndef __AD_H
#define __AD_H
void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(void);
#endif
AD.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
void AD_Init(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//配置ADCCLK 6分频
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输出 ADC的专属模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/*
ADC规则组通道配置函数
第一个参数 ADCx
第二个参数 指定的通道
第三个参数 序列几的位置
第四个参数 指定通达的采样时间
*/
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立模式
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据对齐，右对齐
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//软件触发
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//连续转换模式/单次模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//扫描模式/非扫描模式
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;//指定列表里通道的数目
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//使能
//复位校准 置1
ADC_ResetCalibration(ADC1);
//获取复位校准的状态 清0
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
//启动校准
ADC_StartCalibration(ADC1);
//获取校准状态，等待校准是否完成
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}
uint16_t AD_GetValue(void)
{
//软件触发
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
//获取规则组转换完成标志位 大概需要等待5.6us(1/12000000(12.5+55))
while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);
//获取AD转换结果
return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}
main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"
uint16_t ADValue;
float Voltage;
int main(void)
{
OLED_Init();
AD_Init();
OLED_ShowString(1, 1, "ADValue:");
OLED_ShowString(2, 1, "Volatge:0.00V");
while (1)
{
ADValue = AD_GetValue();
Voltage = (float)ADValue / 4095 * 3.3;
OLED_ShowNum(1, 9, ADValue, 4);
OLED_ShowNum(2, 9, Voltage, 1);
OLED_ShowNum(2, 11, (uint16_t)(Voltage * 100) % 100, 2);
Delay_ms(100);
}
}
8.2.1 AD多通道(无DMA)
DMA笔记–>见STM32——DMA
AD.h
#ifndef __AD_H
#define __AD_H
void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel);
#endif
AD.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
void AD_Init(void)
{
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;
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);
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
ADC_ResetCalibration(ADC1);
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
ADC_StartCalibration(ADC1);
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{
//ADC规则组通道配置函数
//我们将这个函数封装，然后把我们指定的通道，通过形参传递过来
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);
return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}
main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"
uint16_t AD0, AD1, AD2, AD3;
int main(void)
{
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);
Delay_ms(100);
}
}
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AD单通道
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AD多通道（无DMA）
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