stm32的ADC理解

1万 · 2024-6-13 13:21

一、简介

ADC是模拟-数字转换器（Analog-to-Digital Converter）的缩写，它是一种电子设备，用于将模拟信号转换为数字信号。这种转换对于现代电子系统中的数字处理至关重要，因为数字电路和微处理器只能处理数字信号。

工作原理：
采样：ADC在特定的时间间隔内对模拟信号进行采样，即测量信号在某一时刻的电压值。

量化：采样得到的值被量化为有限数量的级别。量化级别由ADC的分辨率决定，例如，一个8位的ADC可以提供256个量化级别（2^8）。

编码：量化后的值被编码成数字形式，通常是二进制格式。

重要参数：
分辨率：ADC可以区分的最小电压变化。例如，8位ADC的分辨率是1/256伏特（如果参考电压是2.56伏特）。

采样率：ADC每秒可以采样的次数，单位是赫兹（Hz）。采样率越高，可以处理的信号频率越高。

精度：ADC的精度指的是其测量值与真实值之间的差异，包括量化误差、非线性误差、偏置误差等。

输入范围：ADC可以处理的模拟信号的最大和最小电压值，通常称为参考电压或量程。

应用场景：
传感器信号读取：如温度、压力、光强等传感器的模拟输出信号。

音频处理：将模拟声音信号转换为数字信号，以便进行数字处理和存储。

数据采集：在工业自动化和科研领域，用于采集各种模拟信号。

信号处理：在信号处理系统中，用于信号的数字化，以便进一步的分析和处理。

常见类型：
逐次逼近寄存器（SAR）ADC：一种常用的ADC类型，以其高速和相对较高的精度而闻名。

流水线ADC：提供更高的采样率，但可能牺牲一些精度。

ΔΣ（Sigma-Delta）ADC：以其高分辨率和低频信号处理能力而知名。

并行ADC：可以同时处理多个信号，适用于高速多通道应用。

ADC是数字系统和模拟世界之间的桥梁，对于实现现代电子设备的功能至关重要。

二、逐次逼近型ADC
这是一个ADC0809的ADC,我们STM32内部有18个通道，而这个只有8个通道

1.stm32ADC框图

16个IO口，IN0~IN15，两个内部通道，一个是内部温度传感器，另一个是参考电压

普通通道，多路开关只选择一路，而这里有多路，注入通道可以选择4通道，而规则通道可以选择16个。有什么用呢？举个例子，这就像是你去餐厅点菜，普通的ADC是，你指菜，老板给你做，然后做好了送给你。这里就是，你指定一个菜单，这个菜单最多可以填16个菜，然后你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。可以大大提高效率。

1.1 规则组
一种是规则组菜单，可以同时上16个菜，这个规则组只有一个数据寄存器，就是这个桌子比较小，最多只能放一个菜，你如果上16个菜，那不好意思，前15个菜都会被挤掉，你只能得到第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是一个数据转运小都手，它可以在每上一个菜之后，把这个菜挪到其他地方去，防被覆盖

1.2 注入组
它相当于是餐厅的VIP座位，在这个座位上，一次性最多可以点4个菜，并且这里数据寄存器有4个，是可以同时上4个菜的，对于注入组而言，就不用担心数据覆盖的问题了

2.逐次逼近方法
逐次逼近方法（Successive Approximation Method）是一种用于模拟-数字转换（ADC）的技术，特别是在逐次逼近寄存器（Successive Approximation Register, SAR）ADC中使用。这种方法以其快速的转换速率和相对较高的精度而受到广泛应用。下面是逐次逼近方法的基本步骤：

初始化：在转换开始时，SAR寄存器被清零，模拟输入信号被采样并保持在一个采样保持电路中。

比较：ADC比较模拟输入信号与参考电压的一半。如果输入信号高于这个值，寄存器的最高位被设置为1；如果低于这个值，该位保持为0。

逐位逼近：接下来，ADC会逐位向下检查，每次将当前位与参考电压的相应比例进行比较。例如，如果当前位是1，ADC会比较输入信号与参考电压的1/4（如果总共有4位），如果输入信号高于这个值，则将当前位保持为1；如果低于这个值，则将该位设置为0。

更新寄存器：每次比较后，根据比较结果更新SAR寄存器中的相应位。

完成转换：当所有位都被检查和更新后，转换完成，SAR寄存器中的值就是模拟输入信号的数字表示。

输出结果：最后，SAR寄存器中的值被输出，表示模拟信号的数字等价。

逐次逼近方法的优点包括：

速度快：由于每次只更新一个位，这种方法可以快速完成转换。
精度高：SAR ADC可以达到相对较高的分辨率，因为它可以逐位逼近模拟信号的精确值。
成本效益：SAR ADC通常比其他类型的ADC（如流水线ADC或ΔΣ ADC）更简单、成本更低。
然而，逐次逼近方法也有一些局限性：

转换速率：虽然逐次逼近方法比直接ADC快，但它的转换速率可能不如某些其他类型的ADC。
线性度：SAR ADC可能在某些情况下受到非线性误差的影响，特别是在参考电压不稳定或输入信号变化迅速时。
逐次逼近方法是一种在许多应用中广泛使用的ADC转换技术，特别是在需要快速、高精度转换的场合。

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三、触发转换部分

也就是这里

一般有两种触发

1. 软件触发
一种是软件触发，就是你在程序中手动调用一条代码，就可以启动转换了

2. 硬件触发
也就是这里的资源，注入组和规则组，触发源主要来自定时器，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。那因为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。在中断里手动开始一次转换，这样也是可以的。但是频繁进中断对我们的程序是有一定影响的。比如你有很多中断都需要频繁进入，会影响主程序执行。而且不同中断之间，由于优先级的不同，会导致某一些中断不能及时响应。如果触发ADC的中断不能及时响应。那我们ADC的转换频率就肯定会产生影响了。所以对于这种需要频繁进中断，并且在中断里只完成了简单工作的情况。一般都会有硬件的支持。

四、ADC的基本结构
斜杆代表有多个通道

1.输入通道
ADC通道和引脚复用的关系

2.单次转换，非扫描模式

3.连续转换，非扫描模式

4.单次转换，扫描模式

5.连续转换，扫描模式

6 EOC信号
在电子设备和微控制器中，EOC 通常代表 "End Of Conversion"（转换结束）。这是一个信号或标志位，用于指示一个转换过程，如模数转换（ADC）或数模转换（DAC），已经完成。以下是关于EOC信号的一些详细信息：

转换完成指示：在ADC模块中，当模拟信号转换为数字值的过程完成后，EOC信号会被置为高电平或设置为一个标志位。

中断触发：EOC信号可以配置为触发中断，这样当转换结束时，微控制器可以立即响应，执行相关的中断服务程序。

状态监测：软件可以通过检查EOC标志位来确定转换是否已经完成，从而决定是否可以开始下一次转换或进行数据处理。

同步操作：在需要同步多个转换操作的系统中，EOC信号可以用于确保所有相关的转换都已经完成，然后才继续执行下一步操作。

提高效率：使用EOC信号可以提高系统的效率，因为它允许微控制器在等待转换完成的同时执行其他任务，而不是空闲等待。

DMA请求：在某些系统中，EOC信号还可以触发DMA（直接内存访问）操作，将转换结果自动传输到内存中。

低功耗模式：在低功耗应用中，EOC信号可以用来唤醒微控制器，仅在转换完成后进行数据处理，从而减少能耗。

错误检测：如果转换过程中发生错误，EOC信号的生成可能会受到影响，因此它也可以用于错误检测。

在STM32微控制器中，EOC信号通常与ADC模块紧密相关，并且可以通过ADC的控制和状态寄存器进行配置和管理。开发者需要根据具体的应用需求来决定如何处理EOC信号，以实现高效的数据处理和系统响应。

五、触发控制