STM32学习----ADC(数模转换)

只看该作者 · 2023-5-31 00:01

什么是ADC
ADC：(Analog to Digital Converter )模拟数字转换器，本质上是将模拟量转换为数字量。

模拟量：连续的量，温度，湿度，烟雾，电压，光；
数字量：离散的量
STM32F4这个芯片内部有一个温度传感器，开发板板载了一个型号
DS18B20的温度传感器，这个温度传感器内置了ADC，DS18B20为单总线通信。但是芯片内部也有温度传感器，只能测量芯片内部的工作温度，并且没有自带ADC。

STM32的ADC
当前芯片具有3个ADC外设，分别是ADC1，ADC2，ADC3。

12 位 ADC 是逐次趋近型模数转换器。
1、12位的ADC->是模拟量转换为数字量的数字量的最大值（0-4095）。
2、逐次趋近型->转换的数据慢慢的向真实数据靠近。
它具有多达 19 个复用通道，可测量来自 16 个外部源、两个内部源和 VBAT 通道的信号。
1、16个外部源-》GPIO引脚
2、两个内部源-》温度传感器，芯片参考电压
3、VBAT-》纽扣电池电压，后备电源

采样模式：这些通道的 A/D 转换可在单次、连续、扫描或不连续采样模式下进行。

数据存储：ADC 的结果存储在一个左对齐或右对齐的 16 位数据寄存器中。
十二位的ADC放入16位的数据寄存器中需要左右对齐
ADC 具有模拟看门狗特性，允许应用检测输入电压是否超过了用户自定义的阈值上限或下限。
ADC在STM32内部是将电压值转换为数字量，这里锁输入的电压值的范围一般都是固定的，如果用户没有自定义输入电压阈值的上下限，一般输入的电压范围都是0V-3.3V。加入用户自定义输入电压阈值的下限为1.2V，上限为3.0V，这个时候ADC允许输入的电压范围是1.2V-3.0V。

只看该作者 · 2023-5-31 00:02

ADC输入电压
ADC两个非常重要的电压，分别是正模拟参考电压VREF+和负模拟参考电压VREF-；
ADC允许输入的电压范围：VREF- —— VREF+ （0V-3.3V）
VREF+：1.8V——VDDA=VDD=3.3V
VREF-：VSSA=VSS=0V

示例：如果输入的电压采样后为1.1V，则转换的数字量为1365；

只看该作者 · 2023-5-31 00:03

ADC特点
● 可配置 12 位、10 位、8 位或 6 位分辨率
正常：ADC输出数字量范围：0-4095（基于分辨率12位）
8位分辨率（0-255）：1.1V -》 85
分辨率越高转换的精度越高。
● 在转换结束、注入转换结束以及发生模拟看门狗或溢出事件时产生中断
● 单次和连续转换模式
● 用于自动将通道 0 转换为通道“n”的扫描模式=》多通道
● 数据对齐以保持内置数据一致性
● 可独立设置各通道采样时间
● 外部触发器选项，可为规则转换和注入转换配置极性
● 不连续采样模式
● 双重/三重模式（具有 2 个或更多 ADC 的器件提供）
● 双重/三重 ADC 模式下可配置的 DMA 数据存储
● 双重/三重交替模式下可配置的转换间延迟
● ADC 转换类型（参见数据手册）
● ADC 电源要求：全速运行时为 2.4 V 到 3.6 V，慢速运行时为 1.8 V
● ADC 输入范围：VREF— VIN VREF+
● 规则通道转换期间可产生 DMA 请求

只看该作者 · 2023-5-31 00:03

ADC输入引脚
目前STM32F4有3个ADC，每个ADC的外部输入源16个，可能有的引脚被三个ADC或者两个ADC共有。
假设PA0，可以是ADC1的通道1，可以是ADC2的通道5，可以是ADC3的通道10。
对于ADC1来说，有8个模拟输入通道可以被3个ADC共用；

只看该作者 · 2023-5-31 00:03

ADC时钟
ADC 具有两个时钟方案：
● 用于模拟电路的时钟：ADCCLK，所有 ADC 共用
此时钟来自于经可编程预分频器分频的 APB2 时钟，该预分频器允许 ADC 在 fPCLK2/2、/4、/6 或 /8 下工作。有关 ADCCLK 的最大值，请参见数据手册。

● 用于数字接口的时钟（用于寄存器读/写访问）
此时钟等效于 APB2 时钟。可以通过 RCC APB2 外设时钟使能寄存器 (RCC_APB2ENR) 分别为每个 ADC 使能/禁止数字接口时钟。

对于ADC1来说，有8个模拟输入通道可以被3个ADC共用；
对于ADC2来说，有8个模拟输入通道可以被ADC1和ADC2共用；
对于ADC3来说，有8个模拟输入通道专门用于ADC3；

只看该作者 · 2023-5-31 00:03

ADC输入通道
1、外部输入通道–16个
有 16 条复用通道。可以将转换分为两组：规则转换和注入转换。每个组包含一个转换序列，该序列可按任意顺序在任意通道上完成。例如，可按以下顺序对序列进行转换：ADC_IN3、ADC_IN8、ADC_IN2、ADC_IN2、ADC_IN0、ADC_IN2、ADC_IN2、ADC_IN15。
● 一个规则转换组最多由 16 个转换构成。必须在 ADC_SQRx 寄存器中选择转换序列的规则通道及其顺序。规则转换组中的转换总数必须写入 ADC_SQR1 寄存器中的 L[3:0] 位。
● 一个注入转换组最多由 4 个转换构成。必须在 ADC_JSQR 寄存器中选择转换序列的注入通道及其顺序。注入转换组中的转换总数必须写入 ADC_JSQR 寄存器中的 L[1:0] 位。
如果在转换期间修改 ADC_SQRx 或 ADC_JSQR 寄存器，将复位当前转换并向 ADC 发送一个新的启动脉冲，以转换新选择的组。
2、内部输入通道–3个温度传感器、VREFINT 和 VBAT 内部通道
● 温度传感器内部连接到通道 ADC1_IN16。
● 内部参考电压 VREFINT 连接到 ADC1_IN17。
● VBAT 通道连接到通道 ADC1_IN18。该通道也可转换为注入通道或规则通道。
注意：温度传感器、VREFINT 和 VBAT 通道只在主 ADC1 外设上可用

只看该作者 · 2023-5-31 00:04

ADC框图分析

ADC的触发转换方式：
1、通用定时器触发ADC转换，这里没有基本定时器，因为基本定时器智能触发DAC转换；
2、外部中断可以产生一个触发脉冲，触发ADC转换；
软件触发。

只看该作者 · 2023-5-31 00:04

ADC时序

只看该作者 · 2023-5-31 00:04

数据对齐

只看该作者 · 2023-5-31 00:04

ADC转换方式
ADC转换模式：1、单次转换 2、连续转换模式

只看该作者 · 2023-5-31 00:05

单次转换模式
在规则通道中：ADC1_CH1
单次：在单次转换模式下，ADC 执行一次转换。给一次触发信号，触发一次ADC转换。
第一次：采集ADC1_CH1的模拟量数据 -> 软件触发 -> 模拟量数据转换为数字量 ->保存到DR；
第二次：采集ADC1_CH1的模拟量数据 -> 软件触发 -> 模拟量数据转换为数字量 ->保存到DR；

只看该作者 · 2023-5-31 00:05

配置单次转换模式：CONT 位为 0 时，可通过以下方式启动此模式：
● 将 ADC_CR2 寄存器中的 SWSTART 位置 1（仅适用于规则通道），开启规则通道；软件触发转换
● 将 JSWSTART 位置 1（适用于注入通道），开启注入通道；软件触发转换
● 外部触发（适用于规则通道或注入通道）。定时器触发，外部中断触发。
完成所选通道的转换之后：

只看该作者 · 2023-5-31 00:05

● 如果转换了规则通道：
— 转换数据存储在 16 位 ADC_DR 寄存器中
— EOC（转换结束）标志置 1
— EOCIE 位置 1 时将产生中断
● 如果转换了注入通道：
— 转换数据存储在 16 位 ADC_JDR1 寄存器中
— JEOC（注入转换结束）标志置 1
— JEOCIE 位置 1 时将产生中断
然后，ADC 停止。

只看该作者 · 2023-5-31 00:05

连续转换模式
在规则通道中：ADC1_CH1
在连续转换模式下CONT 位为 1时，ADC 结束一个转换后立即启动一个新的转换。将ADC配置连续模式，只需要在第一次转换时给触发信号，后面不需要再给。只适用于规则通道。
第一次：采集ADC1_CH1的模拟量数据 -> 软件触发 -> 模拟量数据转换为数字量 ->保存到DR；
第二次：采集ADC1_CH1的模拟量数据 -> 模拟量数据转换为数字量 ->保存到DR；

只看该作者 · 2023-5-31 00:05

● 如果转换了规则通道组：
— 上次转换的数据存储在 16 位 ADC_DR 寄存器中
— EOC（转换结束）标志置 1
— EOCIE 位置 1 时将产生中断

只看该作者 · 2023-5-31 00:05

扫描模式
扫描模式是针对于多通道，在规则通道中：ADC1_CH1 ADC1_CH2 ADC1_CH3
为组中的每个通道都执行一次转换。每次转换结束后，会自动转换该组中的下一个通道。如果将 CONT 位置 1，规则通道转换不会在组中最后一个所选通道处停止，而是再次从第一个所选通道继续转换。
1、单次扫描模式
第一次触发：ADC1_CH1 -> ADC1_CH2 -> ADC1_CH3 -> 等待第2次触发 ->ADC停止
第二次触发：ADC1_CH1 -> ADC2_CH4 -> ADC1_CH7 -> 等待第3次触发
2、连续扫描模式
第一次触发：ADC1_CH1 -> ADC1_CH2 -> ADC1_CH3 ->(转换完成) -> ADC1_CH1 -> ADC1_CH2 -> ADC1_CH3 ->连续转换。

只看该作者 · 2023-5-31 00:05

扫描模式的配置：
通过将 ADC_CR1 寄存器中的 SCAN 位置 1 来选择扫描模式。

只看该作者 · 2023-5-31 00:06

不连续采样模式

只看该作者 · 2023-5-31 00:06

ADC寄存器
数据寄存器ADC_DR

只看该作者 · 2023-5-31 00:06

位 15:0 DATA[15:0]：规则数据 (Regular data)
这些位为只读。它们包括来自规则通道的转换结果。数据有左对齐和右对齐两种。
状态寄存器ADC_SR