STM32 ADC详解

Posted 2023-05-09

参考技术A STM32F1的单片机内部自带12位的ADC处理器，如果12位已经满足了采样要求，那么不用另外接入ADC芯片（这类芯片一般很贵），可以外接的ADC芯片比如ads1256（24位）、AD7689（16位）。

ADC的输入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2经分频产生。转换时最快为1us，当ADC的输入时钟超过14MHz 时其会损失一些精度。也就是说，可以牺牲采样速度来获取采样精度，也可以牺牲采样精度来获取采样速度，当然精度要满足任务要求。
时钟分频：ADC 时钟 ADC 接在APB2 上，APB2的时钟为72MHz，通过分频的方式给ADC 提供时钟，预分频主要有2、4、6、8 四种分频方式。比如，如果打算选择分频6，那么就是ADC采样时钟频率就是72MHz/6=12MHz

转换时间：转换时间TCONV = 采样时间+ 12.5 个周期（12.5个周期采集12位AD时间是固定的周期）

　　例如：当ADCCLK=14MHz和1.5周期的采样时间

　　TCONV = 1.5 + 12.5 = 14

　　周期=1μs

　　例如：当ADCCLK=14MHz 和1.5 周期的采样时间 TCONV = 1.5 + 12.5 = 14 周期 = 1μs

　　1）一般情况，如果是软件启动，那么转换时间即是采样周期。

　　2）若通过定时器进行触发启动ADC，则还需要加上定时器的相关时间。

采样周期：采样周期对于转换时间/采样时钟频率

STM32—ADC详解

STM32的ADC采样时间

STM32 ADC转换实验

摘自：STM32 ADC转换实验
作者：追兮兮
发布时间： 2020-10-29 09:42:24
网址：https://blog.csdn.net/weixin_44234294/article/details/109333307

STM32 ADC 简介

STM32 拥有 1~3 个 ADC（STM32F101/102 系列只有 1 个 ADC），这些 ADC 可以独立使用，也可以使用双重模式（提高采样率）。STM32 的 ADC 是 12 位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有 18 个通道，可测量 16 个外部和 2 个内部信号源。各通道的 A/D 转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC 的结果可以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器中。 模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。
STM32F103 系列最少都拥有 2 个 ADC，我们选择的 STM32F103ZET 包含有 3 个 ADC。STM32 的 ADC 最大的转换速率为 1Mhz，也就是转换时间为 1us（在 ADCCLK=14M,采样周期为 1.5 个 ADC 时钟下得到），不要让 ADC 的时钟超过 14M，否则将导致结果准确度下降。
STM32 将 ADC 的转换分为 2 个通道组：规则通道组和注入通道组。规则通道相当于你正 常运行的程序，而注入通道呢，就相当于中断。在你程序正常执行的时候，中断是可以打断你的执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换， 在注入通道被转换完成之后，规则通道才得以继续转换。

ADC 控制寄存器

ADC_CR1 的各位描述

ADC_CR1 的 SCAN 位，该位用于设置扫描模式，由软件设置和清除，如果设置为 1，则使用扫描模式，如果为 0，则关闭扫描模式。在扫描模式下，由 ADC_SQRx 或 ADC_JSQRx 寄存器选中的通道被转换。如果设置了 EOCIE 或 JEOCIE，只在最后一个通道转换完毕后才会产生 EOC 或 JEOC 中断。
ADC_CR1[19：16]用于设置 ADC 的操作模式，详细的对应关系如图

ADC 状态寄存器（ADC_SR）

该寄存器保存了 ADC 转换时的各种状态：

这里我们要用到的是 EOC 位，我们通过判断该位来决定是否此次规则通道的 AD 转换已经完成，如果完成我们就从 ADC_DR 中读取转换结果，否则等待转换完成。

ADC转换实验一般步骤

1. 开启 PA 口时钟和 ADC1 时钟，设置 PA1 为模拟输入
STM32F103ZET6 的 ADC 通道 1 在 PA1 上，所以，我们先要使能 PORTA 的时钟和 ADC1时钟，然后设置 PA1 为模拟输入。使能 GPIOA 和 ADC 时钟用RCC_APB2PeriphClockCmd 函数，设置 PA1 的输入方式，使用 GPIO_Init 函数即可。这里我们列出 STM32 的 ADC 通道与GPIO 对应表：

/*开启PA口的时钟和ADC1的时钟，设置PA1位模拟输入*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruce;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC_GPIO_RCC,ENABLE);//使能时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	
	GPIO_InitStruce.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
	GPIO_InitStruce.GPIO_Pin = ADC_GPIO_PIN;//引脚1
	GPIO_InitStruce.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(ADC_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruce);

2. 复位 ADC1，同时设置 ADC1 分频因子。
开启 ADC1 时钟之后，我们要复位 ADC1，将 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值之后我们就可以通过 RCC_CFGR 设置 ADC1 的分频因子。分频因子要确保 ADC1 的时钟（ADCCLK）不要超过 14Mhz。 这个我们设置分频因子位 6，时钟为 72/6=12MHz,库函数的实现方法是:

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

 

 
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ADC 时钟复位的方法是：

ADC_DeInit(ADC1);

 

 
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/*复位ADC1，同时设置ADC1分频因子*/
	/*ADC时钟不能超过14M，APB2的时钟是72M，所以可以选择6，。72/6 = 12*/
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
	ADC_DeInit(ADC1);//复位ADC

 

 
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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。
在设置完分频因子之后，我们就可以开始 ADC1 的模式配置了，设置单次转换模式、触发方式选择、数据对齐方式等都在这一步实现。同时，我们还要设置 ADC1 规则序列的相关信息，我们这里只有一个通道，并且是单次转换的，所以设置规则序列中通道数为 1。这些在库函数中是通过函数 ADC_Init 实现的，下面我们看看其定义：

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

 

 
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从函数定义可以看出，第一个参数是指定 ADC 号。这里我们来看看第二个参数，跟其他外设初始化一样，同样是通过设置结构体成员变量的值来设定参数。

typedef struct
{
 uint32_t ADC_Mode; 
 FunctionalState ADC_ScanConvMode; 
 FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; 
 uint32_t ADC_ExternalTrigConv; 
 uint32_t ADC_DataAlign; 
 uint8_t ADC_NbrOfChannel; 
}ADC_InitTypeDef;

 

 
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参数 ADC_Mode 故名是以是用来设置 ADC 的模式。前面讲解过，ADC 的模式非常多，包括独立模式，注入同步模式等等，这里我们选择独立模式，所以参数为 ADC_Mode_Independent。
参数 ADC_ScanConvMode 用来设置是否开启扫描模式，因为是单次转换，这里我们选择不开启值 DISABLE 即可。
参数 ADC_ContinuousConvMode 用来设置是否开启连续转换模式，因为是单次转换模式，所以我们选择不开启连续转换模式，DISABLE 即可。
参数 ADC_ExternalTrigConv 是用来设置启动规则转换组转换的外部事件，这里我们选择软件触 发，选择值为 ADC_ExternalTrigConv_None 即可。
参数 DataAlign 用来设置 ADC 数据对齐方式是左对齐还是右对齐，这里我们选择右对齐方式ADC_DataAlign_Right。
参数 ADC_NbrOfChannel 用来设置规则序列的长度，这里我们是单次转换，所以值为 1 即可。

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC 工作模式:独立模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //AD 单通道模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //AD 单次转换模式
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
//转换由软件而不是外部触发启动
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 1
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根据指定的参数初始化外设 ADCx

 

 
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4. 使能 ADC 并校准
在设置完了以上信息后，我们就使能 AD 转换器，执行复位校准和 AD 校准，注意这两步
是必须的！不校准将导致结果很不准确。
使能指定的 ADC 的方法是：

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的 ADC1

 

 
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执行复位校准的方法是：

ADC_ResetCalibration(ADC1);

 

 
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执行 ADC 校准的方法是：

ADC_StartCalibration(ADC1); //开始指定 ADC1 的校准状态

 

 
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记住，每次进行校准之后要等待校准结束。这里是通过获取校准状态来判断是否校准是否结束。
下面我们一一列出复位校准和 AD 校准的等待结束方法：

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校 AD 准结束

 

 
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5. 配置规则通道参数
接下来我们要做的就是设置规则序列 1 里面的通道，采样顺序，以及通道的采样周期，然后启动 ADC 转换。在转换结束后，读取 ADC 转 换结果值就是了。这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是：

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

 

 
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我们这里是规则序列中的第 1 个转换，同时采样周期为 239.5，所以设置为：

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );

 

 
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6. 开启软件转换
软件开启 ADC 转换的方法是：

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//使能指定的 ADC1 的软件转换启动功能

 

 
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开启转换之后，就可以获取转换 ADC 转换结果数据，方法是：

ADC_GetConversionValue(ADC1);

 

 
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7. 等待转换完成读取ADC的值
同时在 AD 转换中，我们还要根据状态寄存器的标志位来获取 AD 转换的各个状态信息。库函数获取 AD 转换的状态信息的函数是：

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG)

 

 
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比如我们要判断 ADC1d 的转换是否结束，方法是：

while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束

 

 
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代码

adc.h

#ifndef _ADC_H_
#define _ADC_H_
#include "sys.h"

#define ADC_GPIO_RCC RCC_APB2Periph_GPIOA
#define ADC_GPIO_PORT GPIOA
#define ADC_GPIO_PIN GPIO_Pin_1

void adc_Init(void);
u16 Get_Adc(u8 ch);
u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times);


#endif

adc.c

#include "adc.h"
#include "delay.h"

void adc_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruce;
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStruce;
	/*开启PA口的时钟和ADC1的时钟，设置PA1位模拟输入*/
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC_GPIO_RCC,ENABLE);//使能时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	
	GPIO_InitStruce.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
	GPIO_InitStruce.GPIO_Pin = ADC_GPIO_PIN;//引脚1
	GPIO_InitStruce.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(ADC_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruce);
	
	/*复位ADC1，同时设置ADC1分频因子*/
	/*ADC时钟不能超过14M，APB2的时钟是72M，所以可以选择6，。72/6 = 12*/
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
	ADC_DeInit(ADC1);//复位ADC
	
	/*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*/
	ADC_InitStruce.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//不开启
	ADC_InitStruce.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//选择右对齐 
	ADC_InitStruce.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//不使用外部触发
	ADC_InitStruce.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//使用独立模式
	ADC_InitStruce.ADC_NbrOfChannel = 1;//设置单通道
	ADC_InitStruce.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//不使用扫描模式
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStruce);
	
	/*使能ADC并校准*/
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);//使能
	ADC_ResetCalibration(ADC1);//使能复位校准
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));//等待复位校准结束
	ADC_StartCalibration(ADC1);//开启AD校准
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//等待校准结束
	
}
u16 Get_Adc(u8 ch)
{
	/*配置规则通道参数*/
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ch,1,ADC_SampleTime_239Cycles5);//1:只有一个通道被转换 ADC_SampleTime_239Cycles5:采样时间随便选
	/*开启软件转换*/
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
	
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == RESET);//等待软件交换结束,ADC_FLAG_EOC:转换结束标志，=reset就是0退出循环
	/*等待转换完成读取ADC的值*/
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);//返回转换结果
}

u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
	u32 tem_val = 0;
	u8 t;
	for(t = 0; t < times; t++){
		tem_val += Get_Adc(ch);
		delay_ms(5);
		
	}
	return tem_val/times;
	
	
}

main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "adc.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "lcd.h"
#include "usart.h"

int main(void)
{
	
	u16 adcx;
	float temp;
	delay_init();
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为2，2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);//串口初始化115200
	LED_Init();//初始化LED
	LCD_Init();//初始化LCD
	adc_Init();//初始化ADC
	
	POINT_COLOR = RED;//设置字体为红色
	LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"Hello STM32");	
	LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2020/10/27");	
	//显示提示信息
	POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色
	LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"ADC_CH0_VAL:");	      
	LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"ADC_CH0_VOL:0.000V");	  
	while(1){
		adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10);//选择通道1，获取10次取平均值
		LCD_ShowxNum(156,130,adcx,4,16,0);//显示ADC的值
		temp=(float)adcx*(3.3/4096);//算出电压值，12位的参考电压3.3
		adcx=temp;//取整数部分
		LCD_ShowxNum(156,150,adcx,1,16,0);//显示电压值。显示整数部分
		temp-=adcx;//减掉整数部分
		temp*=1000;
		LCD_ShowxNum(170,150,temp,3,16,0X80);//显示小数点后面
		LED0=!LED0;
		delay_ms(250);	
		
		
	}
	
}

实验现象

PA1接3.3V

PA1接GND

需要整个工程文件可私聊