STM32F1常用外设介绍

只看该作者 · 2023-2-28 20:23

18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源，外部信号源就是16个GPIO口，在引脚上直接模拟信号就行了，不需要任何的额外电路引脚就能直接测电压，2个内部信号源是内部温度传感器和内部参考电压，温度传感器可以测量CPU的温度，内部参考电压是一个1.2V左右的基准电压，这个基准电压不随外部供电电压变化而变化，如果芯片的供电不是标准的3.3V测量外部引脚的电压就可能不对，这时可以读取基准电压进行校准，这样就可以得到正确的电压值了。

规则组和注入组两个转换单元，这个是STM32 ADC的增强功能，普通AD转换流程是，启动一次转换，读一次值，然后再启动，在读值，这样的流程，但是STM32的ADC可以列一个组，连续转换多个值，一次性启动一个组，连续转换多个值，并且有两个组，一个是用于常规使用的规则组，一个是用于突发事件的注入组。、

只看该作者 · 2023-2-28 20:24

模拟看门狗自动检测输入电压范围，此ADC一般可以用于测量光线强度、温度，经常会要求光线高于某个阈值、低于某个阈值，或者温度高于某个阈值，低于某个阈值时，执行一些操作，高于某个阈值，低于某个阈值的判断，就可以用模拟看门狗来自动执行，模拟看门狗可以检测指定的某些通道，当AD值高于它设定的上阈值或者下阈值时，就会申请中断，就可以在中断函数中执行相应的操作，这样就不用手动读值，再用if判断了

STM32F103C8T6 ADC资源：ADC1、ADC2,10个外部输入通道，最多只能测量10个外部引脚的模拟信号

只看该作者 · 2023-2-28 20:24

逐次逼近型ADC的内部结构

这个图是ADC0809的内部结构图

只看该作者 · 2023-2-28 20:24

它是一个独立的8位逐次逼近型ADC芯片，左边IN0~到IN7，是8路输入通道，通过通道选择开关，选中一路，输入到比较器上方进行转换，下面部分是地址锁存和译码，就是想选中哪一路，就把通道号放在这三个引脚上，然后给一个锁存信号，上面对应的通路开关就自动拨好了，相当于可以通过模拟信号的数据选择器，因为ADC转换是一个非常快的过程，给个开始信号，过个几个us就转换完成了想转换多路信号，那不必设计多个AD转换器，只需要一个AD转换器，然后加一个多路选择开关，想转换哪一路，选中对应通道，然后再开始转换就行了，这就是输入通道选择的部分，这个ADC0809只有8个输入通道，STM32内部的ADC是有18个输入通道，对应的是18路输入的多路开关，输入信号选好后，到电压比较器，它可以判断两个输入信号电压的大小关系，输出一个高低电平指示谁大谁小，它的两个输入端，一个是待测的电压，另一个是DAC的电压输出端，DAC是数模转换器，给一个数据，就可以输出数据对应的电压，DAC内部是适应加权电阻网络来实现的转换，将外部输入的未知的电压和一个已知输出的电压，两个同时输入到电压比较器，进行大小判断，如果DAC输出的电压比较大，就调小DAC数据，如果DAC输出的电压比较小，就增大DAC数据，直到DAC输出的电压和外部通道输入的电压近似相等，这样DAC输入的数据就是外部电压的编码数据了，这就是DAC的实现原理，电压调节的过程是逐次逼近SAR来完成的，为了最快找到未知电压的编码，通常会使用二分法进行寻找，EOC（End Of Convert）是转换结束信号，START是开始转换，给一个输入脉冲，开始转换，CLOCK是ADC时钟，因为ADC内部是一步一步进行判断的，所以需要时钟来推动这个过程，下面VREF+和VREF-是DAC的参考电压，例如给一个数据255，是对应5V还是3.3V就由参考电压决定，这个DAC的参考电压也决定了，ADC的输入范围，所以他也是ADC参考电压，左边是整个芯片电路的供电，VCC和GND，通常参考电压的VCC是一样的，会接在一起，参考电压的负极和GND也是一样的，也接到一起，一般情况下ADC输入电压的范围就和ADC的供电是一样的。

只看该作者 · 2023-2-28 20:25

STM32的ADC：

左边是ADC的输入通道、包括16个GPIO口，IN0~IN15，和两个内部的通道，一个是内部温度传感器，另一个是VREFINT（V Reference Internal），内部参考电压，总共是18个输入通道，然后到达模拟多路开关，可以指定想要的通道，右边是多路开关的输出，进入到模数转换器，转化结果会放在数据寄存器中，读取寄存器就能知道ADC转换的结果了，对于普通的ADC，多路开关一般都是只选中一个的，就是选中某个通道、开始转换、等待转换完成、取出结果，这是普通的流程，但是STM32就可以同时选中多个，在转换的时候，还分成了两个组，规则通道组和注入通道组，规则组可以一次最多选中16个通道，注入组最多可以选中4个通道，就像是去餐厅点菜，普通的ADC是，你指定一个菜，老板给你做，然后做好了送给你，而这里是，你指定一个菜单，这个菜单最多可以填16个菜，然后直接递个菜单给老板，老板就按照菜单的顺序依次做好，一次性给你端上来，这样的话就可以大大提高效率，当然菜单也可以只写一个菜，这样这个菜单就简化成普通模式了，对于这个菜单也有两种，一种是规则组菜单，可以同时上16个菜，但是规则组只有一个数据寄存器，就是桌子比较小，最多只能放一个菜，如果上16个菜，前15个菜都会被挤掉，只能的到第16个菜，所以对于规则组转换来说，如果使用这个菜单的话，最好配合DMA来实现，DMA是一个数据转运小帮手，它可以在每上一个菜之后，把这个菜挪到其他地方去，防止被覆盖，规则组虽然可以同时转换16个通道，但是数据寄存器只能存一个结果，如果不想之前的结果被覆盖，那在转换完成之后，就要尽快把结果拿走，注入组，相当于是餐厅的VIP座位，在这个座位上一次最多可以点4个菜，并且数据寄存器有4个可以同时上4个菜，对于注入组而言，就不用担心数据覆盖的问题了，这就是规则组和注入组的介绍，一般情况下，使用规则组就足够了，如果要使用规则组的菜单，那就配合DMA转运数据，这样就不用担心数据覆盖的问题了。

只看该作者 · 2023-2-28 20:25

对于规则组，左下角是触发的部分，对于STM32的ADC触发开始转换的信号有两种，一种是软件触发，就是在程序中手动调用一条代码，就可以启动转换了，另一种是硬件触发，就是触发源，触发源主要是来自定时器，有定时器的各个通道，还有TRGO定时器主模式的输出，（定时器可以通向ADC、DAC这些外设，用于触发转换），ADC经常需要过一个固定时间段转换一次，比如每隔1ms转换一次，正常的思路就是，用定时器，每隔1ms申请一次中断，在中断里手动开启一次中断，这样也是可以的，但是频繁进中断对程序是有一定影响的，如果有很多中断都需要频繁进入，那将会影响主程序的执行，并且不同中断之间，由于优先级的不同，也会导致某些中断不能及时的到响应，如果触发ADC的中断不能及时响应，那ADC的转换频率就会产生影响，所以对于需要频繁进中断，并且只在中断里只完成了简单的工作的情况，一般都会有硬件的支持，可以给TIM3定一个1ms的时间，把TIM3的更新事件选择为TRGO输出，然后再ADC这里，选择触发信号TIM3的的TRGO，这样TIM3的更新事件就能通过硬件自动触发ADC转换了，整个过程不需要进中断，节省了中断资源，这就是定时器触发的作用，也可以选择外部中断引脚来触发中断，都可以在程序中配置，左上角是VREF+、VREF-、VDDA和VSSA，VREF+、VREF-这两个是ADC的参考电压，决定了ADC输入电压的范围，VDDA和VSSA是ADC的供电引脚，一般情况下VREF+要接VDDA，VREF-要接VSSA，STM32没有VREF+、VREF-的引脚内内部已经和VDDA和VSSA接在一起了。VDDA和VSSA是内部模拟部分的电源，例如ADC、RC震荡器、锁相环等，在STM32中VDDA接3.3V，VSSA接GND，所以输入电压的范围就是0~3.3V，右边的ADCCLK是ADC的时钟，也就是ADC0809中的CLOCK，是用于驱动内部逐次比较的时钟来自ADC预分频器，ADC预分频器来源于RCC，APB2时钟72MHz，然后通过ADC进行分频，得到ADCCLK，ADCCLK最大是14MHz，对于ADC预分频器，只能选择6分频，结果是12MHz和8分频结果是9MHz，上面的是DMA请求，用于触发DMA进行数据转运，再上面是两个数据寄存器，用于存放转换结果，在上面是模拟看门狗，它们可以存一个阈值高限和阈值低限，如果启动了模拟开门狗，并且指定了看门的通道，那么看门狗就会关注它看门的通道，一但超过这个阈值范围，就会乱叫，就会在上面申请一个模拟看门狗的中断，最后通向NVIC，对于规则组和注入组，它们转换完成后，也会有一个EOC转换完成的信号，EOC是规则组完成的信号，JEOC是注入组完成的信号，这两个信号会在状态寄存器置一个标志位，读取这个标志位，就能知道是不是转换结束了，同时这两个标志位也可以去到NVIC，申请中断，如果开启了NVIC对应的通道，它们就会触发中断。

只看该作者 · 2023-2-28 20:25

ADC基本结构

左边是输入通道，16个GPIO口，外加两个内部的通道，然后进入AD转换器，AD转换器里有两个组，一个是规则组，一个是注入组，规则组最多可以选择16个通道，注入组最多可以选择4个通道，转换的结果有放在AD数据寄存器中，其中规则组只有1个数据寄存器，注入组有4个数据寄存器，下面是触发控制，提供开始转换的的START信号，触发控制可以选择软件触发和硬件触发，硬件触发主要是来自于定时器，当然也可以选择外部中断的引脚，右边是来自RCC的ADC时钟CLOCK，ADC逐次比较的过程就是由此时钟推动，上面可以布置一个模拟看门狗用于检测转换的结果的范围，如果超出设定的阈值，就通过中断输出控制，向NVIC申请中断，规则组和注入组在转换完成后会有个EOC信号，会置一个标志位，也可以通向NVIC，右下角是开关控制，在库函数中，就是ADC_Cmd函数，用于ADC上电的。

只看该作者 · 2023-2-28 20:26

输入通道：

只看该作者 · 2023-2-28 20:26

双ADC模式：就是ADC1和ADC2一起工作，可以配合组成同步模式，交叉模式等等模式，交叉模式就是ADC1和ADC2交叉的对一个通道进行采样，这样可以提高采样率。

只看该作者 · 2023-2-28 20:27

规则组的四种转换模式
单次转换、非扫描模式

只看该作者 · 2023-2-28 20:27

规则组的四种转换模式
单次转换、非扫描模式

只看该作者 · 2023-2-28 20:27

在非扫描模式下，这个菜单只有第一个序列1的位置有效，这时菜单同时选择一组的方式就退化成简单的选中一个的方式了，我们可以在序列1的位置指定我们想转换的通道，比如通道2，然后就可以触发转换，ADC就会对这个通道2进行模数转换，过一小段时间后，转换完成，转换结果放在数据寄存器里，同时给EOC标志位置1，整个转换过程就结束了。判断这个标志位，如果转换完了，就可以在数据寄存器中读取结果了。如果想再启动一次转换，那就需要再触发一次。转换结束，置EOC标志位，读结果。如果想换一个通道转换，那在转换之前，把第一个位置通道2改成其他通道，然后再启动转换。

只看该作者 · 2023-2-28 20:27

连续转换、非扫描模式

只看该作者 · 2023-2-28 20:28

非扫描模式，所以菜单列表就只用第一个，与上次单次转换不同的是，它在一次转换结束后不会停止，而是立刻开始下一轮转换，然后一直持续下去，这样就只需要触发一次，之后就可以一直转换了。这个模式的好处就是，开始转换之后不需要等待一段时间，它一直都在转换，不需要手动开启转换了。也不用判断是否结束，想要读AD值的时候，就直接从数据寄存器取就行。

只看该作者 · 2023-2-28 20:28

单次转换、扫描模式

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这个模式也是单次转换，所以每触发一次，转换结束后，就会停下来，下次转换就得再触发才能开始，他是扫描模式，这就会用到这个菜单列表了，可以在菜单里点菜，比如第一个菜是通道2，第二个菜是通道5，等等，这里每个位置是通道几可以任意指定，并且也是可以重复的，初始化结构体里还有个参数，就是通道数目，因为这16个位置可以不用完，只用前几个，那就需要再给个通道数目的参数，告诉他，我有几个通道，这里指定通道7，那它就只看前7个位置，然后每次触发之后，它就依次对前7个位置进行AD转换，转换结果都放在数据寄存器中，为了防止数据被覆盖，就需要用DMA及时将数据挪走，7个通道转换完成后，产生EOC信号，转换结束，然后再触发下一次，就又开始新一轮的转换，这就是单次转换，扫描模式的工作流程。

只看该作者 · 2023-2-28 20:28

连续转换、扫描模式

在上一次模式的基础上，可以在一次转换完成后，立刻开始下一次的转换。在扫描模式的情况下，还可以右边一种模式，叫间断模式，它的作用是，在扫描的过程中，每隔几个转换，就暂停一次，需要再次触发，才能继续

只看该作者 · 2023-2-28 20:29

触发控制：

这个表就是规则组的触发源，在这个表里有来自定时器的信号，还有来自引脚或者定时器的信号，具体是引脚还是定时器，需要AFIO重映射来确定，最后是软件控制位，也就是软件触发，这些触发信号可以配置右边的寄存器来完成，库函数直接给一个参数就行。

只看该作者 · 2023-2-28 20:33

数据对齐

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这个ADC是12位的，它的转换结果就是一个12位的数据，但是这个数据寄存器是16位的，所以就存在一个数据对齐的问题，分为两种对齐方式，数据右对齐，和数据左对齐，数据右对齐就是12位的数据向右靠，高位多出来的几位就补0，第二种是数据左对齐，是12位的数据向左靠，低位多出来的几位就补0，我们一般使用的都是数据右对齐，这样读取这个16位寄存器，直接就是转换结果，如果选择左对齐，直接读的话，得到的数据会比实际的大，因为数据左对齐实际上就是把数据左移了4次，二进制的数据，数据左移一次，就等效于把这个数据乘2，左移4次，就相等于把结果乘16了，所以直接读会比实际值大16倍，左对齐的作用就是，不需要高分辨率时，就可以选择左对齐再把后面的低4位去掉，这个12位的ADC就退化成8位的ADC了。

只看该作者 · 2023-2-28 20:33

转换时间

AD转换的步骤：采样，保持，量化，编码

STM32 ADC的总转换时间为：Tconv = 采样时间（采样保持花费的时间，采样时间越大，越能避免一些毛刺信号的干扰）+12.5个ADC周期（量化编码花费的时间）

例如：当ADCCLK = 14MHz，采样时间为1.5个ADC周期，Tconv = 1.5 + 12.5 = 14个ADC周期 = 1us

只看该作者 · 2023-2-28 20:34

校准

ADC有一个内置自校准模式。校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的准精度误差。校准期间，在每个电容器上都会计算出一个误差修正值（数字值），这个码用于消除在随后的转换中每个电容器上产生的误差

建议在每次上电后执行一次校准

启动校准前，ADC必须处于关电状态超过至少两个ADC时钟周期。

只需要在ADC初始化最后加几条代码即可