ADC相关介绍

基本原理：采样、量化、编码

性能参数：

• 量程： 允许输入模拟电压的范围
• 分辨率：所能检测到最小的模拟输入量
• 精度：对于ADC的数字输出，实际需要的模拟输入值与理论上需要的模拟输入值之差（比如模拟输入值为1.95，假设转为数字量【量化】后为2，理论上需要模拟输入值为2，所以误差是0.05）
• 转换时间：ADC完成一次A/D转换所需要的时间，包括从启动开始到获得相应数据所需要的总时间（转换时间=采样时间+量化和编码时间）

ADC主要类型：

• 逐次逼近型
• 电压时间转换型（V-T）：模拟电压信号转为与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间宽度内对固定频率的时钟脉冲计数，计数结果就是转化后的输出的数字信号
• 电压频率转换型（V-F）：模拟电压信号转为与之成正比的频率信号，然后在固定的时间间隔内对得到的频率信号计数，计数结果即输出的数字量

ADC工作原理

ADC特性

stm32f103微控制器内部集成1~3个12位逐次逼近型ADC，主要特性如下：

1. 每个ADC最多有18路模拟输入通道，可测量16个外部信号（ADCx_IN0~ADCx_IN15），2个内部信号
2. 18路通道可分为规则通道组（最多包含16路）和注入通道组（最多包含4路），仅有规则通道组可以产生DMA请求
3. 供电要求：2.4V~3.6V
4. 模拟输入信号Vin要求：Vref- <= Vin <= Vref+(Vref-, Vref+分别是负极和正极的参考电压)
5. 工作模式：
   • 单次（单次转换模式下，ADC只执行一次转换）
   • 连续（连续转换模式中，当前面ADC转换一结束马上就启动另一次转换）
   • 扫描（扫描多路通道）
   • 间断
6. 转换结束后，以左对齐或者右对齐方式存入16位数据寄存器，同时产生中断请求（ADC1、ADC3还可以产生DMA请求）
7. 系统时钟为56MHz时，ADC时钟为14MHz，采样时间为1.5个ADC时钟周期，ADC获得最短转换时间为1us

ADC通道及分组

输入通道

ADC的信号输入就是通过通道来实现的，信号通过通道输入到单片机中，单片机经过转换后，将模拟信号输出为数字信号。STM32中的ADC有着18个通道，其中外部的16个通道已经在框图中标出，如下：

这16个通道对应着不同的IO口，此外ADC1/2/3 还有内部通道：

ADC1 的通道 16 连接到了芯片内部的温度传感器， Vrefint 连接到了通道 17。

ADC2 的模拟通道 16 和 17 连接到了内部的 VSS。

外部的16个通道在转换时又分为规则通道和注入通道，其中规则通道最多有16路，注入通道最多有4路（注入通道貌似使用不多），下面简单介绍一下俩种通道：

规则通道

规则通道顾名思义就是，最平常的通道、也是最常用的通道，通常的ADC转换都是用规则通道实现的。

注入通道

注入通道是相对于规则通道的，注入通道可以在规则通道转换时，强行插入转换，相当于一个“中断通道”。当有注入通道需要转换时，规则通道的转换会停止，优先执行注入通道的转换，当注入通道的转换执行完毕后，再回到之前规则通道进行转换。

转换顺序

知道了ADC的转换通道后，如果ADC只使用一个通道来转换，那就很简单，但如果是使用多个通道进行转换就涉及到一个先后顺序了，毕竟规则转换通道只有一个数据寄存器。多个通道的使用顺序分为俩种情况：规则通道的转换顺序和注入通道的转换顺序。

触发源

ADC转换的输入、通道、转换顺序都已经说明了，但ADC转换是怎么触发的呢？就像通信协议一样，都要规定一个起始信号才能传输信息，ADC也需要一个触发信号来实行模/数转换。

1. 通过直接配置寄存器触发，通过配置控制寄存器CR2的ADON位，写1时开始转换，写0时停止转换。在程序运行过程中只要调用库函数，将CR2寄存器的ADON位置1就可以进行转换，比较好理解。

2. 还可以通过内部定时器或者外部IO触发转换，也就是说可以利用内部时钟让ADC进行周期性的转换，也可以利用外部IO使ADC在需要时转换，具体的触发由控制寄存器CR2决定。
   ADC_CR2寄存器的详情如下：

   展开

   

   

   

转换时间

ADC的每一次信号转换都要时间，这个时间就是转换时间，转换时间由输入时钟和采样周期来决定。

输入时钟

由于ADC在STM32中是挂载在APB2总线上的，所以ADC得时钟是由PCLK2（72MHz）经过分频得到的，分频因子由 RCC 时钟配置寄存器RCC_CFGR 的位 15:14 ADCPRE[1:0]设置，可以是 2/4/6/8 分频，一般配置分频因子为8，即8分频得到ADC的输入时钟频率为9MHz。

采样周期

采样周期是确立在输入时钟上的，配置采样周期可以确定使用多少个ADC时钟周期来对电压进行采样，采样的周期数可通过 ADC采样时间寄存器 ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 中的 SMP[2:0]位设置，ADC_SMPR2 控制的是通道 0~9， ADC_SMPR1 控制的是通道 10~17。每个通道可以配置不同的采样周期，但最小的采样周期是1.5个周期，也就是说如果想最快时间采样就设置采样周期为1.5.

转换时间

转换时间 = 采样时间 + 12.5个周期
12.5个周期是固定的，一般我们设置 PCLK2=72M，经过 ADC 预分频器能分频到最大的时钟只能是 12M，采样周期设置为 1.5 个周期，算出最短的转换时间为 1.17us。

数据寄存器

转换完成后的数据就存放在数据寄存器中，但数据的存放也分为规则通道转换数据和注入通道转换数据的。

规则数据寄存器
规则数据寄存器负责存放规则通道转换的数据，通过32位寄存器ADC_DR来存放。

当使用ADC独立模式（也就是只使用一个ADC，可以使用多个通道）时，数据存放在低16位中，当使用ADC多模式时高16位存放ADC2的数据。需要注意的是ADC转换的精度是12位，而寄存器中有16个位来存放数据，所以要规定数据存放是左对齐还是右对齐。
左对齐：数据存放在16位中的左边12位，（右边）低4位补0
右对齐：高（左边）4位补0，右边12位填采集到的数据

当使用多个通道转换数据时，会产生多个转换数据，然鹅数据寄存器只有一个，多个数据存放在一个寄存器中会覆盖数据导致ADC转换错误，所以我们经常在一个通道转换完成之后就立刻将数据取出来，方便下一个数据存放。一般开启DMA模式将转换的数据，传输在一个数组中，程序对数组读操作就可以得到转换的结果。

注入数据寄存器

注入通道转换的数据寄存器有4个，由于注入通道最多有4个，所以注入通道转换的数据都有固定的存放位置，不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。 ADC_JDRx 是 32 位的，低 16 位有效，高 16 位保留，数据同样分为左对齐和右对齐，具体是以哪一种方式存放，由ADC_CR2 的 11 位 ALIGN 设置。

数据转换完成

从框图中可以知道数据转换完成之后可以产生中断，有三种情况：

规则通道转换完成中断

规则通道数据转换完成之后，可以产生一个中断，可以在中断函数中读取规则数据寄存器的值。这也是单通道时读取数据的一种方法。

注入通道转换完成中断

注入通道数据转换完成之后，可以产生一个中断，并且也可以在中断中读取注入数据寄存器的值，达到读取数据的作用。

模拟看门狗事件

当输入的模拟量（电压）不再阈值范围内就会产生看门狗事件，就是用来监视输入的模拟量是否正常。
以上中断的配置都由ADC_SR寄存器决定：

当然，在转换完成之后也可以产生DMA请求，从而将转换好的数据从数据寄存器中读取到内存中。

电压转换

要知道，转换后的数据是一个12位的二进制数，我们需要把这个二进制数代表的模拟量（电压）用数字表示出来。

比如测量的电压范围是0~3.3V，转换后的二进制数是x，因为12位ADC在转换时将电压的范围大小（也就是3.3）分为4096（2^12）份，所以转换后的二进制数x代表的真实电压的计算方法就是：
y = 3.3 * x / 4096

ADC用法

初始化结构体

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typedef struct{
     uint32_t ADC_Mode; // ADC 工作模式选择
     FunctionalState ADC_ScanConvMode; // ADC 扫描（多通道）或者单次（单通道）模式选择 
     FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; // ADC 单次转换或者连续转换选择
     uint32_t ADC_ExternalTrigConv; // ADC 转换触发信号选择
     uint32_t ADC_DataAlign; // ADC 数据寄存器对齐格式
     uint8_t ADC_NbrOfChannel; // ADC 采集通道数
 } ADC_InitTypeDef;

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void  Adc_Init(void){
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );	  //使能ADC1通道时钟
 
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;  //PA1 作为模拟通道输入引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入引脚
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	

	ADC_DeInit(ADC1);  //复位ADC1 

	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单通道模式
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单次转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//转换由软件而不是外部触发启动
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//ADC数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	//顺序进行规则转换的ADC通道的数目
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	//初始化外设ADC1

  
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);	//使能指定的ADC1
	
	ADC_ResetCalibration(ADC1);	//使能复位校准  
	 
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	//等待复位校准结束
	
	ADC_StartCalibration(ADC1);	 //开启AD校准
 
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	 //等待校准结束
 
//	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		//使能指定的ADC1的软件转换启动功能

}