ADC模数转换 基本原理

Posted 2021-06-11 studying~

ADC：模数转换器，将模拟信号（0v，3v，6v等）转换为表示一定比例电压值的数字信号（1，2，3等）。

STM32F10x ADC特点

12位逐次逼近型的模拟数字转换器。
最多带3个ADC控制器
最多支持18个通道，可最多测量16个外部和2个内部信号源。
支持单次和连续转换模式
转换结束，注入转换结束，和发生模拟看门狗事件时产生中断。
通道0到通道n的自动扫描模式
自动校准
采样间隔可以按通道编程
规则通道和注入通道均有外部触发选项
转换结果支持左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器
ADC转换时间：最小转换时间 1us。（最大转换速度为1MHz，在ADCCLK=14M，采样周期为1.5个ADC时钟下得到。）

ADC供电要求：2.4V-3.6V
ADC输入范围：VREF-（负参考电压，一般为0v） ≤ VIN（输入电压） ≤ VREF+（正参考电压，一般为3.3v）

STM32F10x系列芯片ADC通道和引脚对应关系

ADC框图

STM32通道组

规则通道组：相当正常运行的程序，即对通道转换的进行排序，最多16个通道。
注入通道组：相当于中断，可以打断规则通道组的转换顺序，去转换指定的通道，最多4个通道。

通道转换模式

单次转换模式：ADC只执行一次转换。
连续转换模式：当前ADC转换一结束马上启动另一次转换。
扫描模式：ADC扫描所有被（规则或注入）通道组选中的通道，并在每个通道上进行单次转换。
在扫描模式下，由ADC_SQRx或者ADC_JSQRx寄存器选中的通道被转换。如果设置了EOCIE或者JEOCIE，即使能中断标志位，则在最后一个通道转换完毕后才会产生EOC或者JEOC中断。

转换结束会将数据传入对应的寄存器，并将转换结束标志置1，若设置了使能中断标志位，则开启中断。

ADC中断

规则组和注入组的每个通道转换结束都会产生中断

ADC时钟配置

来自APB2总线时钟的分配

不要让ADC时钟超过14MHz，否则可能不准。

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常用库函数

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);
void ADC_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);

ADC初始化函数ADC_Init

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; //是否使用扫描模式。ADC_CR1位8：SCAN位 
  FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; //单次转换OR连续转换：ADC_CR2的位1：CONT
  uint32_t ADC_ExternalTrigConv;  //触发方式：ADC_CR2的位[19:17] ：EXTSEL[2:0]                
  uint32_t ADC_DataAlign;   //对齐方式：左对齐还是右对齐：ADC_CR2的位11：ALIGN         
  uint8_t ADC_NbrOfChannel;//规则通道序列长度：ADC_SQR1的位[23:20]： L[3:0]       
}ADC_InitTypeDef;

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//不开启扫描 
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//单次转换模式
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//触发软件 
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//ADC数据右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;//顺序进行规则转换的ADC通道的数目
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	

ADC使能函数 ADC_Cmd();

void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

ADC使能软件转换函数 ADC_SoftwareStartConvCmd

void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx,FunctionalState NewState)

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//使能ADC1的软件转换启动

ADC 规则通道配置函数ADC_RegularChannelConfig

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

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );

ADC 获取转换结果函数ADC_GetConversionValue

uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);

ADC_GetConversionValue(ADC1);//获取ADC1转换结果

ADC单次转换实现步骤
1.开启PA口时钟和ADC1时钟，设置PA1为模拟输入。
GPIO_Init();
APB2PeriphClockCmd();
2. 复位ADC1，同时设置ADC1分频因子。
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
ADC_DeInit(ADC1);
3. 初始化ADC1参数，设置ADC1的工作模式以及规则序列的相关信息。
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)；
4. 使能ADC并校准。
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
5. 配置规则通道参数：
ADC_RegularChannelConfig();
6.开启软件转换：ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);
7.等待转换完成，读取ADC值。
ADC_GetConversionValue(ADC1);