ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換概述與采集實(shí)例

一、STM32-ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換概述

1、ADC簡(jiǎn)介

ADC的概念

Analog-to-Digital Converter的縮寫。指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器或者模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。是指將連續(xù)變量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)的器件。

ADC的作用

采集傳感器的數(shù)據(jù)，測(cè)量輸入電壓，檢查電池電量剩余，監(jiān)測(cè)溫濕度等。

典型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為表示一定比例電壓值的數(shù)字信號(hào)。

2、ADC的性能指標(biāo)

量程：能測(cè)量的電壓范圍

分辨率：ADC的分辨率通常以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，分辨率越高，一般來(lái)說(shuō)分辨率越高，轉(zhuǎn)化時(shí)間越長(zhǎng)。

轉(zhuǎn)化時(shí)間：模擬輸入電壓在允許的最大變化范圍內(nèi)，從轉(zhuǎn)換開(kāi)始到獲得穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間

3、STM32F4-ADC配置

STM32F40X有3個(gè)ADC，每個(gè)可配置 12 位、10 位、8 位或 6 位分辨率

每個(gè)ADC 有16個(gè)外部通道。另外還有兩個(gè)內(nèi)部 ADC 源 和 V BAT 通道掛在 ADC1上

這些通道的 A/D 轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。

ADC具有獨(dú)立模式、雙重模式和三重模式，對(duì)于不同 AD轉(zhuǎn)換要求幾乎都有合適的模式可選

ADC 的結(jié)果可以左對(duì)齊或右對(duì)齊方式存儲(chǔ)在 16位數(shù)據(jù)寄存器中。

4、ADC的功能框圖

1、輸入電壓范圍

2、輸入通道

3、轉(zhuǎn)換順序

4、轉(zhuǎn)換時(shí)間

5、數(shù)據(jù)寄存器

6、中斷

7、觸發(fā)源

4.1、電壓輸入范圍

ADC 輸入范圍為：V REF- ≤ V IN ≤ V REF+ 。由 V REF- 、V REF+ 、V DDA 、V SSA 、這四個(gè)外部引腳決定。

我們?cè)谠O(shè)計(jì)原理圖的時(shí)候一般把 V SSA 和 V REF- 接地，把 V REF+ 和 V DDA 接 3.3V，得到ADC的輸入電壓范圍為：0~3.3V

如果我們想讓輸入的電壓范圍變寬，去到可以測(cè)試負(fù)電壓或者更高的正電壓，我們可以在外部加一個(gè)電壓調(diào)理電路，把需要轉(zhuǎn)換的電壓抬升或者降壓到0~3.3V，這樣 ADC 就可以測(cè)量了

4.2、輸入通道

每個(gè)ADC 有16個(gè)外部通道。另外還有兩個(gè)內(nèi)部 ADC 源 和 V BAT 通道掛在 ADC1上

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4.3、轉(zhuǎn)換順序

規(guī)則通道組：

顧名思意，規(guī)則通道就是很規(guī)矩的意思，我們平時(shí)一般使用的就是這個(gè)通道。相當(dāng)正常運(yùn)行的程序。最多16個(gè)通道。

規(guī)則通道和它的轉(zhuǎn)換順序在ADC_SQRx寄存器中選擇，規(guī)則組轉(zhuǎn)換的總數(shù)應(yīng)寫入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]中

注入通道組：

注入，可以理解為插入，插隊(duì)的意思，是一種不安分的通道。相當(dāng)于中斷。最多4個(gè)通道。

注入組和它的轉(zhuǎn)換順序在ADC_JSQR寄存器中選擇。注入組里轉(zhuǎn)化的總數(shù)應(yīng)寫入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]中

4.4、轉(zhuǎn)換時(shí)間

ADC 時(shí)鐘

ADC 輸入時(shí)鐘 ADC_CLK 由 PCLK2 經(jīng)過(guò)分頻產(chǎn)生，最大值是 36MHz，典型值為30MHz。對(duì)于 STM32F407我們一般設(shè)置PCLK2=HCLK/2=84MHz。所以程序一般使用 4分頻或者 6分頻。

ADC 的總轉(zhuǎn)換時(shí)間

Tconv = 采樣時(shí)間 + 12個(gè)周期

最小采樣時(shí)間： T = 3 + 12 = 15個(gè)周期 =0.42us(ADC時(shí)鐘=36MHz下得到)

4.5、數(shù)據(jù)寄存器

規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器 ADC_DR

ADC_DR只有一個(gè)，是一個(gè) 32 位的寄存器，只有低 16 位有效并且只是用于獨(dú)立模式存放轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)。因?yàn)?ADC 的最大精度是 12 位，ADC_DR 是16 位有效，這樣允許 ADC存放數(shù)據(jù)時(shí)候選擇左對(duì)齊或者右對(duì)齊，具體是以哪一種方式存放，由 ADC_CR2的 11 位 ALIGN 設(shè)置。

使用 DMA

由于規(guī)則通道組只有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，因此，對(duì)于多個(gè)規(guī)則通道的轉(zhuǎn)換，使用 DMA 非常有幫助。這樣可以避免丟失在下一次寫入之前還未被讀出的 ADC_DR 寄存器中的數(shù)據(jù)。

在使能 DMA 模式的情況下(ADC_CR2 寄存器中的 DMA 位置 1)，每完成規(guī)則通道組中的一個(gè)通道轉(zhuǎn)換后，都會(huì)生成一個(gè) DMA 請(qǐng)求。

4.6、中斷

轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷

規(guī)則通道和注入通道的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，都可以產(chǎn)生中斷

模擬看門狗中斷

當(dāng)被 ADC 轉(zhuǎn)換的模擬電壓低于低閾值或者高于高閾值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生中斷

溢出中斷

如果發(fā)生 DMA傳輸數(shù)據(jù)丟失，會(huì)置位 ADC 狀態(tài)寄存器 ADC_SR的 OVR位，如果同時(shí)使能了溢出中斷，那在轉(zhuǎn)換結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溢出中斷。

DMA 請(qǐng)求

規(guī)則和注入通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，除了產(chǎn)生中斷外，還可以產(chǎn)生 DMA請(qǐng)求，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在內(nèi)存里面。

4.7、觸發(fā)源

軟件觸發(fā)

ADC轉(zhuǎn)換可以由ADC 控制寄存器 2: ADC_CR2的 ADON這個(gè)位來(lái)控制，寫 1的時(shí)候開(kāi)始轉(zhuǎn)換，寫 0 的時(shí)候停止轉(zhuǎn)換

外部事件觸發(fā)

觸發(fā)包括內(nèi)部定時(shí)器觸發(fā)和外部 IO觸發(fā)。觸發(fā)源有很多，具體選擇哪一種觸發(fā)源，由 ADC控制寄存器ADC_CR2的 EXTSEL[2:0]和 JEXTSEL[2:0]位來(lái)控制

5、ADC的工作模式

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?

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二、單通道采集實(shí)例

利用ADC采集FSM4中電位器的數(shù)據(jù)

1、CubeMx配置

1、將引腳配置為ADC

2、使能串口

3、使能時(shí)鐘

?

4、ADC配置

5、中斷使能

2、代碼實(shí)現(xiàn)

1、初始化

?

2、數(shù)據(jù)采樣　　

? ? ? 輪詢方式實(shí)現(xiàn)

?

?

?

通過(guò)中斷采集

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采集完成觸發(fā)中斷

?

?

?

?

三、多通道采集實(shí)例

利用ADC采集電位器及STM32內(nèi)部溫度傳感器的數(shù)據(jù)

?

1、CubeMx配置

1、配置電位器和溫度通道

2、配置串口

3、使能時(shí)鐘

?

4、ADC配置，使用輪詢方式：掃描模式，因?yàn)橛袃蓚€(gè)通道

2、代碼實(shí)現(xiàn)

1、使能ADC，然后輪詢檢測(cè)

ADC輪流獲取電位和溫度，每啟動(dòng)一次會(huì)自動(dòng)輪詢兩個(gè)通道。