使用HAL库开发STM32：ADC基础使用

Posted 2021-12-22 Naisu Xu

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了使用HAL库开发STM32：ADC基础使用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

目的
基础说明
基础使用
总结

目的

ADC（模拟数字转换器）是现在单片机上基本都有的外设，可以把一个模拟的电压转换成数据。这篇文章将以 STM32F405RG 为基础介绍通过HAL库来使用ADC的一些基础功能。

基础说明

STM32的单片机通常都有多个ADC，每个ADC具有多个通道连接到外部的GPIO口。不同的ADC部分通道可能共用GPIO口。

引脚数量大于等于100的封装上通常会有 VREF 引脚，ADC可转换的电压不大于 VREF 上的电压；引脚数量小于100的封装其 VREF 直接就是在芯片内部连接到 VDDA 的。

和其他外设一样ADC工作需要时钟，STM32中ADC的时钟通常由PCLK2（ABP2外设时钟）分频得来，在 STM32F405RG 中最大可以达到36MHz。

STM32的ADC通常最大精度是12位，使用时也可以配置成10位、8位或6位等。精度会影响转换速度和数据计算。

ADC每处理一次数据分为 采样 和 转换 两个过程。采样时间可以配置，比如 STM32F405RG 中最小为3个ADC时钟周期；转换时间和精度有关，12位精度下为12个ADC时钟周期、10位精度下为10个ADC时钟周期，依此类推。

所以每采样一个数据所需的时间为 (采样周期 + 转换周期) / ADC时钟频率。比如当ADC时钟频率为30MHz，采样周期选最小值3，精度为12位时，每处理一次数据耗时为 (3+12)/30/1000000 (秒) = 0.5微秒。

ADC工作最后得到的数据换算成真实电压的时候主要和 VREF 以及精度有关。比如12位精度下 真实电压 = 数据 * VREF / (4096 - 1) ，10位精度下 真实电压 = 数据 * VREF / (1024 - 1) ，依此类推。但这里还有点争议，比如那个 -1 要不要？

这里主要考虑两个问题：ADC因为工作原理关系本身有1个分辨率的误差；单片机在除以4096、1024等这些数值的时候可以用右移的方式提高效率。所以通常可以不要 -1 ，即12位精度下 真实电压 = 数据 * VREF / 4096 。

基础使用

HAL库对很多外设的使用设计了 轮询 、中断 、DMA 三种方式。STM32的ADC采样转换有 单次 / 连续转换模式 。另外每个ADC每次处理时只能处理一个通道，所以多通道时还涉及 扫描模式 。这些模式一组和就产生非常多的情况，下面主要以示例演示方式进行使用说明。

STM32的ADC还有规则转换（Regular）和注入转换（Injected），注入就相当于在正常规则转换过程中插入中断，优先进行注入转换，通常挺少用的，这里不进行演示。

下图是这里演示用到的电路图：

在上面电路下PA0上的电压为2.2V，PA1上的电压为1.1V，ADC在12位精度采样时数据分别为 2730 和 1365 左右。

配置选项说明

ADCs_Common_Settings 所有ADC公共设置
本文只介绍ADC工作于独立模式，所以这里不用调整；
ADC_Settings 当前ADC设置
- Clock Prescaler PCLK2时钟分频系数，分频后就是ADC时钟；
- Resolution 分辨率；
- Data Alignment 数据对齐方式，通常默认左对齐就行；
- Scan Conversion Mode 扫描模式，多通道时强制开启扫描模式；
- Continuous Conversion Mode 连续转换模式；
- Discontinuous Conversion Mode
- DMA Continuous Requests DMA连续请求；
- End Of Conversion Selection
ADC_Regular_ConversionMode 规则转换模式
- Number Of Conversion 要转换的通道数目
- External Trigge rConversion Source 转换触发源
- External Trigge rConversion Edge 转换触发规则
- Rank 通道转换序号
  - Channel 该序号通道编号
  - Sampling Time 该序号采样时间
ADC_Injected_ConversionMode 注入转换模式
挺少使用的，本文不涉及；
WatchDog 模拟看门狗
输入通道上电压超出某个阈值时触发，本文不涉及；

轮询单通道单次

上面是个最基本的使用，只转换一个通道 ch0，单次转换模式。每次启动ADC转换一次数据，启动转换后等待转换完成，完成后读取结果。需要再次转换时就再来一遍这样的流程。

上面演示中的ch0接的就是PA0引脚，采样转换后的数据与预测的数据接近。

上面演示中主要用到了下面一些函数：

HAL_ADC_Start (ADC_HandleTypeDef *hadc) 启动ADC
HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef * hadc, uint32_t Timeout) 等待规则通道转换完成
uint32_t HAL_ADC_GetValue (ADC_HandleTypeDef * hadc) 获取数据

过程中如果想要改变通道可以使用下面方式：

  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig;
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
  sConfig.Rank = 1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
  HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);

轮询单通道连续

连续转换下只要启动ADC后就会不停的工作直到使用 HAL_ADC_Stop (ADC_HandleTypeDef *hadc) 函数手动停止ADC。

连续情况下可以不使用 HAL_ADC_PollForConversion ，需要时去读取数据即可。

轮询多通道扫描

上面就是多通道轮询扫描处理了，需要注意的是采样转换顺序是依据 Rank 编号，而不是通道编号。

中断单通道

上面演示中开启了ADC中断，重写 void HAL_ADC_ConvCpltCallback (ADC_HandleTypeDef *hadc) 函数，使用 HAL_ADC_Start_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc) 函数启动ADC。每次转换完成将触发 HAL_ADC_ConvCpltCallback ，在该函数中读取数据。