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1.1什么是ADC ADC#xff08;Analogto-Digital Converter#xff09;模拟数字转换器#xff0c;是将模拟信号转换成数字信号的一种外设。比如某一个电阻两端的是一个模拟信号#xff0c;单片机无法直接采集#xff0c;此时需要ADC先将短租两端的电…一、ADC的介绍
1.1什么是ADC ADCAnalogto-Digital Converter模拟数字转换器是将模拟信号转换成数字信号的一种外设。比如某一个电阻两端的是一个模拟信号单片机无法直接采集此时需要ADC先将短租两端的电压这个模拟信号转化成数字信号单片机才能够进行处理。
1.2 ADC的用途 ADC具有将模拟信号转换成数字信号的能力比如将模拟的电压转换成数字信号单片机进行处理。可以用作温度监测或者电流监测等方面用途极广。
1.3 STM32F1系列的ADC介绍 STM32F1的ADC为12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有多达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。 ADC的输入时钟不得超过14MHz它是由PCLK2经分频产生。 STM32的ADC其转换时间为1us。
二、STM32的ADC时钟介绍 下图是截取的时钟树关于ADC部分至于时钟树可以在编程参考手册的56页找到或者直接搜索时钟树就可以找到了。 可以看见其时钟来源于APB2总线其频率最大可以达到72MHz而ADC的时钟最大只能为14MHz故先经过ADC预分频器经行6分频得到12MHz的时钟。 三、ADC框图介绍 对于ADC的框图下图以经把各个功能模块以及分好了见下图 3.1 ADC的18个通道介绍 首先其16个外部通道接口对应着某些GPIO口至于哪些就不介绍了可以查看引脚定义。 而内部通道一个为内部温度传感器可以用于查看CPU温度另一个则是内部参考电压了为一个1.2V左右的基准电压不会随外部供电电压变化而变化。有没有想过为什么ADC初始化需要校准呢假如你芯片的供电电压不是标准的3.3V那测量外部引脚的电压就可能不对这时就可以读取这个基准电压经行校准就能得到正确的电压值了这就是校准的作用。
3.2 ADC转换单元的介绍 规则组和注入组两个转换单元在图中可以看见注入组最多四个通道而规则组最多16个通道。如何选择这两种转换单元呢下面我来说明这两种的区别 首先是通道数规则组可以包含最多16个转换而注入组最多只能有4个转换。这意味着规则组适用于更多的通道同时进行转换而注入组则更适合于顺序执行的单次转换。注注入通道虽然只有4个通道但是每一个通道都有自己的数据寄存器即注入组有四个数据寄存器。而规则组虽然有16个转换通道但只有一个数据寄存器。 使用场景规则组通常用于大规模的连续转换条件下而注入组则多用于执行单次的转换仅在需要时进行转换。 触发方式注入组可以打断规则组的转换具有更高的优先级。具体来说如果注入组在规则组转换期间被触发当前规则组的转换会被中断并开始执行注入组的转换。注入组转换完成后规则组的转换会继续。此外注入组可以在规则通道之后自动进行转换这种模式允许最多20个转换序列的组合其中规则通道在前注入通道在后。 综上所述规则组和注入组的选择取决于具体的应用需求和场景。规则组适合于需要连续、大规模数据采集的场景而注入组则适用于需要快速响应、单次数据采集的情况。 3.3 模拟看门狗的介绍 模拟看门狗检测输入电压范围用于检测ADC值当检测值低于或高于某个阈值时用来执行某些操作也就相当于报警而监测不需要人为去看守不需要自己手动读值再用if判断相当于家里养了狗有陌生人来了狗就会叫而这个陌生人代指超阈值。
3.4 ADC触发源的介绍 其触发源可以来自定时器、外部引脚以及软件控制位来触发。即两种触发源软件触发以及外部触发内部定时器、外部中断。 3.4.1 定时器触发 ADC在平常使用过程中经常需要过一个固定时间转换一次比如每个1ms转换一次正常思路是在定时器中断中用软件控制位来控制触发。但是这样频繁进入中断对主程序是有一定影响的当你有很多中断时由于优先级不同也会导致某些中断不能及时得到响应还是有很大影响所以对于这种需要频繁进入中断且在中断只完成简单工作的情况的一般都有硬件的支持。在这里便可以这样使用先给定时器设置定时时间并把定时器更新事件选择为TRGO输出然后在ADC这里选择开始触发信号为定时器的TRGO这样定时器的更新事件就能自动触发ADC转换了且无需进入中断节省了中断资源。 3.4.2 外部中断触发 外部中断可以产生一个触发脉冲触发Adc转换。先设置EXTTRIG控制位则外部事件就能够触发转换。 3.4.3 软件自动触发 软件控制位触发
3.5 ADC时钟介绍 上文有介绍到其时钟最大不超过14MHz那么为什么有这个规定呢
我们可以看到其ADC的转换时间为1us如果其频率超过了14MHz会导致转换时间少于1us也就导致其采样不精确。ADC的总转换时间如下 Tconv 采样时间 12.5个周期
例如当其频率ADCCLK 14MHz采样时间为1.5个周期最小为1.5个周期见下图 那么此时转换时间为 Tconv 1.5 12.5 14个周期而频率为14MHz则时间T 14 * 单个周期时间1/14MHz 1MHz也就是1us。这下你应该明白了吧
四、ADC转换模式的介绍 在ADC的配置过程中会遇到配置两个参数即是否使用连续转换ADC_ContinuousConvMode以及是否启用扫描模式ADC_ScanConvMode而这两个配置也就产生了四种结果单次转换非扫描、连续转换非扫描、单次转换扫描、连续转换扫描模式。 单次转换 只执行转换一次 连续转换 转换一次后立马进行下一次转换。 非扫描模式 只转换ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的第一个通道。 扫描模式 一次性转换所有被选中的通道 下面介绍ADC的几种转换模式
4.1 单次转换非扫描模式 即一次只转换选中的某一个通道且只转换一次。其转换结果放在数据寄存器里面给EOC标志位置1表示转换完成。想获取转换结果只需要判断EOC标志位为1时便可以读取数据了。如果还想继续转换就得重新再触发一次。 如果想换一个通道转换就在转换之前将第一个位置的通道改成其他通再启动转换。
4.2 连续转换非扫描模式 一次只转换选中的某一个通道开始时只需要触发一次便可以一直转换。与上面的区别就是不需要你再次触发了且读取AD值直接去数据寄存器里面取无需判断转换是否结束。
4.3 单次转换、扫描模式 即触发转换后只转换一次每触发一次转换结束后就会停下来再次转换得重新触发一次。单和单次转换非扫描模式的区别就是一次可以转换多个指定的通道即按你指定的顺序依次转换并放入到数据寄存器中。但数据寄存器只有一个所以为了防止覆盖需要及时将数据挪走不及时木挪走读取到的便是被后面通道所覆盖的数据。当转换完成也会产生一个EOC信号即转换结束。
4.4 连续转换扫描模式 讲到这里你应该已经明白了无非是单次转换扫描模式换成连续扫描而已。即一次转换完成继续下一次转换且可以转换多个通道而已。
五、ADC的对齐模式 由于此芯片的ADC为12位的而数据寄存器为16位的如果选择左对齐也就是相当于往左位移了4位也就是扩大了AD采集结果。二进制特点就是数据左移一次就等效于把这个数据乘2而左移4次也就是扩大了16倍了。 而数据右对齐则没有这种情况且平常都是使用右对齐。
六、ADC配置流程 1. GPIO的初始化开启时钟包括ADC的时钟配置为模拟输入 2. 选择ADC的预分频系数很重要 3. ADC的初始化ADC的模式ADC_Mode选择是否独立模式、 数据对齐ADC_DataAlign左对齐或右对齐、 外部触发转换选择ADC_ExternalTrigConv三种触发源、 是否为连续转换模式ADC_ContinuousConvMode、 是否为扫描模式ADC_ScanConvMode、 通道数目ADC_NbrOfChannel。最后初始化ADC_Init 4. ADC通道配置 选择通道以及采样时间 5. ADC使能以及校准ADC_Cmd(ADCx,ENABLE); 6. 使能或者失能指定的ADC的软件转换启动功能 七、ADC的代码例程展示
/***函数名称ADC1_Init*函数功能初始化ADCx*输入参数无*返回值无*备 注无**/
void ADC1_Init(void)
{// 结构体定义GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;// 开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);// 设置ADC分频因子6 72M/612,ADC最大时间不能超过14MRCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);// GPIO配置GPIO_InitStructure.GPIO_PinGPIO_Pin_1; //ADC1通道1GPIO_InitStructure.GPIO_ModeGPIO_Mode_AIN; // 模拟输入GPIO_InitStructure.GPIO_SpeedGPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,GPIO_InitStructure);// ADC参数配置ADC_InitStructure.ADC_Mode ADC_Mode_Independent; // 独立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode DISABLE; // 非扫描模式 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode DISABLE; // 关闭连续转换ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv ADC_ExternalTrigConv_None; // 禁止触发检测使用软件触发ADC_InitStructure.ADC_DataAlign ADC_DataAlign_Right; // 右对齐 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel 1; // 1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1 ADC_Init(ADC1, ADC_InitStructure); // ADC初始化ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); // 开启AD转换器// ADC校准ADC_ResetCalibration(ADC1); // 重置指定的ADC的校准寄存器while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); // 获取ADC重置校准寄存器的状态ADC_StartCalibration(ADC1); // 开始指定ADC的校准状态while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); // 获取指定ADC的校准程序ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 使能或者失能指定的ADC的软件转换启动功能
}uint16_t AD_GetValue(void)
{ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//开启转换while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) RESET);//等待转换完成标志位return ADC_GetConversionValue(ADC1);// 返回获取转换结果
}这里附上一张ADC库函数图 由于扫描模式得配合DMA使用否则数据来不及移走导致清空所以这里先不介绍在下篇DMA的文章中将会介绍。
