STM基础篇——ADC LCD试验

发表于 2018-1-22 13:27

本帖最后由 aizaixiyuanqian 于 2018-1-22 13:28 编辑

前面的试验已经介绍了 ADC 的操作，之前介绍的是采用串口输出，本次试验我们将采集到的电压数据通过 LCD 彩屏进行显示，并且 LED 指示灯闪烁表示系统正在运行。本次试验的学习目标：
1. 掌握 STM32 的内部 ADC 的操作方式

发表于 2018-1-22 13:29

STM32 内部 ADC 的简介
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。

发表于 2018-1-22 13:30

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。

发表于 2018-1-22 13:30

通过一个形象的例子可以说明：假如你在家里的院子内放了 5 个温度探头，室内放了3 个温度探头；你需要时刻监视室外温度即可，但偶尔你想看看室内的温度；因此你可以使用规则通道组循环扫描室外的 5 个探头并显示 AD 转换结果，当你想看室内温度时，通过一个按钮启动注入转换组(3 个室内探头)并暂时显示室内温度，当你放开这个按钮后，系统又会回到规则通道组继续检测室外温度。从系统设计上，测量并显示室内温度的过程中断了测量并显示室外温度的过程，但程序设计上可以在初始化阶段分别设置好不同的转换组，系统运行中不必再变更循环转换的配置，从而达到两个任务互不干扰和快速切换的结果。可以设想一下，如果没有规则组和注入组的划分，当你按下按钮后，需要从新配置 AD 循环扫描的通道，然后在释放按钮后需再次配置 AD 循环扫描的通道。

发表于 2018-1-22 13:31

STM32 其 ADC 的规则通道组最多包含 16 个转换，而注入通道组最多包含 4 个通道。关于这两个通道组的详细介绍，请参考《 STM32 参考手册的》第 155 页，第 11 章。STM32的 ADC 可以进行很多种不同的转换模式，这些模式在《 STM32 参考手册》的第 11 章也都有详细介绍，我们这里就不在一一列举了。我们本次实验仅介绍如何使用规则通道的单次转换模式。

发表于 2018-1-22 13:31

STM32 的 ADC 在单次转换模式下，只执行一次转换，该模式可以通过 ADC_CR2 寄存器的 ADON 位（只适用于规则通道）启动，也可以通过外部触发启动（适用于规则通道和注入通道），这是 CONT 位为 0。以规则通道为例，一旦所选择的通道转换完成，转换结果将被存在 ADC_DR 寄存器中，EOC（转换结束）标志将被置位，如果设置了 EOCIE，则会产生中断。然后 ADC 将停止，直到下次启动。

发表于 2018-1-22 13:38

接下来，我们介绍一下我们执行规则通道的单次转换，需要用到的 ADC 寄存器。第一个要介绍的是 ADC 控制寄存器（ ADC_CR1 和 ADC_CR2）。 ADC_CR1 的各位描述如图所示

发表于 2018-1-22 13:39

接下来我们来看一下它的框图

发表于 2018-1-22 13:40

我们发现当我们使用 GPIO 作为外部的 ADC 输入的时候，首先要经过一个模拟多路开关，然后选择进入哪个通道，一个是规则通道一个注入通道。而什么是规则通道什么是注入通道呢？我们学习过中断，规则通道呢，就相当于正常程序，而注入通道呢，就相当于中断。也是说，注入通道优先规则通道，先转换。（毕竟才有 3 个ADC，但是却有 18 个 ADC 输入，狼多肉少啊，所以要有时候要抢。）而规则通道的和注入通道转换结果的数据的寄存器也是不一样，规则通道是一次只能保存一个转换结果。这个在上面已经介绍了。

发表于 2018-1-22 13:40

1. 开启时钟
我们开发板上面有三个 ADC，它们对应的 IO 分别在 GPIOA，和 GPIOB。所以我们要根据自己的开启的 ADC 选择 GPIO 时钟。我们要使用的是 ADC1 来转换数据，所以还要打开 ADC1 的时钟。代码为：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

发表于 2018-1-22 13:41

2. 设置 GPIO 口的模式
在做为 ADC 输入的时候，GPIO 口应该配置为是：模拟输入（即：GPIO_Mode_AIN）。

发表于 2018-1-22 13:41

3. 设置 ADC 时钟分频
这里的分频是根据你的采样时间来决定的，要保持足够的转换时间（即 1us。我们使用 12MHZ，所以 72 / 6 = 12。所以进行 6 分频。代码为：RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

发表于 2018-1-22 13:42

4. 接着进行 ADC 模式的初始化。
ADC 的初始化我们可以调用库函数的 ADC_Init()。它有两个输入参数：第一个参
数是选择你要设置的 ADC，我们使用 ADC1，以设置为： ADC1。第二个参数是
传递一个结构体的指针，它成员有：
ADC_Mode：表示 ADC 的模式，我们使用独立模式，所以我们设置为：ADC_Mode_Independent。
ADC_ScanConvMode：表示 ADC 是否使用扫描模式，所谓扫描呢就是在多通道时，不用手动切换通道用的。我们这里不使用，所以设置为：DISABLE。
ADC_ContinuousConvMode：表示 ADC 是否使用连续模式，也就是一直转换。我们是单次转换，我们设置为：DISABLE。
ADC_ExternalTrigConv：表示触发方式，ADC 可以使用多种定时器类型触发，还可以使用外部中断触发，我们这里是软件触发，所以设置为：ADC_ExternalTrigConv_None。
ADC_DataAlign：表示存储数据的对齐方式（上面我们有提到过数据保存的对齐）。
我们使用右对齐，所以设置为： ADC_DataAlign_Right。
ADC_NbrOfChannel：表示顺序进行规则转换的通道数，我们一次只转换一个通道，
所以我们可以把这个设置为：1。

发表于 2018-1-22 13:43

5. 开启 ADC 使能
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //打开 ADC 使能

发表于 2018-1-22 14:19

6. 复位 ADC 校准，然后检测复位 ADC 校准是否完成
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

发表于 2018-1-22 15:10

7. 开启 ADC 校准，然后等待 ADC 校准开启成功。
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

发表于 2018-1-22 15:10

本帖最后由 aizaixiyuanqian 于 2018-1-22 15:12 编辑

8. 设置采样周期和选择通道
我们可以用 ADC_RegularChannelConfig()函数，它有三个参数：第一个参数表示选择使用的 ADC。我们选择 ADC1 第二个参数选择你要使用的通道。每个 GPIO 口都有对应的通道的，我们可以通过下表来选择相应的通道。

发表于 2018-1-22 15:22

我们三个 ADC 通道分别是 PA1，PB0，PB1。所以对应通道 0、通道 8、通道 9。第三个参数选择采样周期的设置的，一般来说 AD 采样时间是需要时间的， STM32的 AD 最大转换速率是 1us，所以这里设置的时候，不要小于 1us，否则会导致结果误差大。那么怎么设置呢？比如说，我们设置的采样周期为 1.5 个周期，而我们的 AD频率为 14MHZ。（这个频率是通过上面说设置分频得到的。）那么我们的转换时间是多少呢？那么 AD 转换一次所需要的总的周期数为 1.5 + 12.5 = 14。这个 1.5 就是我们设置的采样周期，而这个 12.5 是固定的必须加的，它是基础时间。那么我们就可以很轻易算出，在 14MHZ 的频率下， 14 个周期的时间就是 1us。而我们上面设置的时钟频率为 12MHZ, 我们设置的分频呢，就不这么讲究了，只要不要少于 1us 就行，所以我们设置最大的采样周期ADC_SampleTime_239Cycles5。

发表于 2018-1-22 15:23

9. 开始转换。
我们使用的是软件触发功能，所以要软件开启转换。
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的 ADC1 的软件转换功能

发表于 2018-1-22 20:18

10. 等待转换完成，并读取转换结果。
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
读取转换结果可以使用 ADC_GetConversionValue()函数，它返回最后一次规则转换结
果。它有一个参数，用来选择读取哪个 ADC 的转换结果。我们设置为：ADC1。

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