STM32 ADC没有输入电压时，采集结果不为0

Posted 2021-06-01 何事误红尘

目录

• 1. 问题概述
• 2. 问题分析
• • 2.1 钳位二极管
  • 2.2 反向漏电流
• 3. 复用功能
• 4. 总结

1. 问题概述

硬件焊接完成后测试程序ADC采集功能，先通过接入3.3V来看下。结果发现三个通道可以采集到0V/3.3V，而另外三个通道在没有接入3.3V时，采集结果并不为0，基本在1V以上。

2. 问题分析

6个通道都是ADC1，对于程序来说，不同通道只是设置下通道号而已，按道理不应该出现部分采集正常，部分采集异常呀？
查了不少资料手册和例程，程序配置上没有发现明显问题。翻出了一块旧电路板，正好使用了出现异常的一个ADC通道。将程序直接下载进去，发现可以采集0V/3V。
对比两块电路板的原理图，发现了差异。可以正常采集的三个通道，外部电路均进行了分压：

而出现问题，浮空时仍然采集到电压的三个通道，外部电路均为直接输入：

顺着这个角度查阅了一些资料，的确有人遇到相同的情况，普遍反应是ADC管脚不要悬空使用。

相当于一个悬浮电压，大概为3.3V的一半。
是因为里面多路开关的特性引起的，开关输入引脚悬空就是个亚稳态。

回想一下，确实以前遇到的都是先分压再接到STM32的IO，一直以为是单纯因为参考电压的限制。这次因为采集电压的压值并不高，且电流非常小，担心会采不准，所以选择了直接接到IO上。不过查看了下手册，并没有找到相关的说明：

哪位大佬看到还希望能够详细解释下！

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2021.5.31更新
评论区weixin_45464719大佬给出了一种说法：

感觉是单片机内部两个钳位二极管分压引起的，因为IO口悬空，二极管反向漏电流导致IO口电压约等于供电电压的一半！

我的模电书早就卖废纸了，上网重新了解了下钳位二极管和反向漏电流。

2.1 钳位二极管

在端口配置图中，IO管脚有两个二级管：

这是两个钳位二极管，保证IO电压在Vss~VDD之间（忽略二级管的导通电压）。简单理解就是：

• 当IO大于VDD时，上面的二级管导通，将IO电压限制在VDD；
• 当IO小于Vss时，下面的二级管导通，将IO电压限制在Vss。

再看下百度百科的专业解释：

2.2 反向漏电流

说完了两个二级管的钳位作用，再简单看下反向漏电流。不细说PN结电场怎么反向的了，反正就是二级管会有反向电流。耶稣来了也是！
出现问题的三个通道，IO浮空，VDD和IO之间反向漏电流，IO和Vss之间反向漏电流，最终两个二级管达到一个分压效果，IO上就有一个二分之一的VDD。

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3. 复用功能

刚开始怀疑是没有成功配置成ADC功能。如下图：

第二功能有好多个，如何选择成ADC呢？程序上还真没有针对性的做过配置，查了一番：

PA5支持的三种外设（SPI1、DAC、ADC）在同一时刻只能选择一种，选择的方法是开启相应外设的时钟，并使其它外设的时钟保持关闭状态。（如何理解STM32单片机引脚的复用功能？）

但是我的程序一直使能了USART2，又开启了ADC。测试结果是可以正常作为ADC来使用的，并不需要关闭USART2的时钟。可能是因为把管脚配置成了模拟输入？

4. 总结

越来越发现，单片机程序写了不少，往往更关注业务逻辑，一些细节理解还不到位。一直以为悬空会不稳定，只是对电平输入而言，没想到模拟输入同样存在这个问题。
一位同事之前还用悬空的AD通道来做硬件随机数发生器，看来还是自己的经验不足，要继续努力呀