【连载】【ALIENTEK 战舰STM32开发板】STM32开发指南--第二十二章 ADC实验

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<span class="postbody" id="post_body_66138">第二十二章 ADC实验

本章我们将向大家介绍STM32的ADC功能。在本章中，我们将使用STM32的ADC1通道0来采样外部电压值，并在TFTLCD模块上显示出来。本章将分为如下几个部分：
22.1 STM32 ADC简介
22.2 硬件设计
22.3 软件设计
22.4 下载验证
22.1 STM32 ADC简介

STM32拥有1~3个ADC（STM32F101/102系列只有1个ADC），这些ADC可以独立使用，也可以使用双重模式（提高采样率）。STM32的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。 模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。
STM32F103系列最少都拥有2个ADC，我们选择的STM32F103ZET包含有3个ADC。STM32的ADC最大的转换速率为1Mhz，也就是转换时间为1us（在ADCCLK=14M,采样周期为1.5个ADC时钟下得到），不要让ADC的时钟超过14M，否则将导致结果准确度下降。
STM32将ADC的转换分为2个通道组：规则通道组和注入通道组。规则通道相当于你正常运行的程序，而注入通道呢，就相当于中断。在你程序正常执行的时候，中断是可以打断你的执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换， 在注入通道被转换完成之后，规则通道才得以继续转换。
通过一个形象的例子可以说明：假如你在家里的院子内放了5个温度探头，室内放了3个温度探头；你需要时刻监视室外温度即可，但偶尔你想看看室内的温度；因此你可以使用规则通道组循环扫描室外的5个探头并显示AD转换结果，当你想看室内温度时，通过一个按钮启动注入转换组(3个室内探头)并暂时显示室内温度，当你放开这个按钮后，系统又会回到规则通道组继续检测室外温度。从系统设计上，测量并显示室内温度的过程中断了测量并显示室外温度的过程，但程序设计上可以在初始化阶段分别设置好不同的转换组，系统运行中不必再变更循环转换的配置，从而达到两个任务互不干扰和快速切换的结果。可以设想一下，如果没有规则组和注入组的划分，当你按下按钮后，需要从新配置AD循环扫描的通道，然后在释放按钮后需再次配置AD循环扫描的通道。
上面的例子因为速度较慢，不能完全体现这样区分(规则通道组和注入通道组)的好处，但在工业应用领域中有很多检测和监视探头需要较快地处理，这样对AD转换的分组将简化事件处理的程序并提高事件处理的速度。
STM32其ADC的规则通道组最多包含16个转换，而注入通道组最多包含4个通道。关于这两个通道组的详细介绍，请参考《STM32参考手册的》第155页，第11章。
STM32的ADC可以进行很多种不同的转换模式，这些模式在《STM32参考手册》的第11章也都有详细介绍，我们这里就不在一一列举了。我们本章仅介绍如何使用规则通道的单次转换模式。
STM32的ADC在单次转换模式下，只执行一次转换，该模式可以通过ADC_CR2寄存器的ADON位（只适用于规则通道）启动，也可以通过外部触发启动（适用于规则通道和注入通道），这是CONT位为0。
以规则通道为例，一旦所选择的通道转换完成，转换结果将被存在ADC_DR寄存器中，EOC（转换结束）标志将被置位，如果设置了EOCIE，则会产生中断。然后ADC将停止，直到下次启动。
接下来，我们介绍一下我们执行规则通道的单次转换，需要用到的ADC寄存器。第一个要介绍的是ADC控制寄存器（ADC_CR1和ADC_CR2）。ADC_CR1的各位描述如图22.1.1所示：
 

 
 

图22.1.1 ADC_CR1寄存器各位描述

这里我们不再详细介绍每个位，而是抽出几个我们本章要用到的位进行针对性的介绍，详细的说明及介绍，请参考《STM32参考手册》第11章的相关章节。
ADC_CR1的SCAN位，该位用于设置扫描模式，由软件设置和清除，如果设置为1，则使用扫描模式，如果为0，则关闭扫描模式。在扫描模式下，由ADC_SQRx或ADC_JSQRx寄存器选中的通道被转换。如果设置了EOCIE或JEOCIE，只在最后一个通道转换完毕后才会产生EOC或JEOC中断。
       ADC_CR1[19：16]用于设置ADC的操作模式，详细的对应关系如图22.1.2所示：
 

 
 

图22.1.2 ADC操作模式

本章我们要使用的是独立模式，所以设置这几位为0就可以了。接着我们介绍ADC_CR2，该寄存器的各位描述如图22.1.3所示：
 

 
 

图22.1.3 ADC_CR2寄存器操作模式

该寄存器我们也只针对性的介绍一些位：ADCON位用于开关AD转换器。而CONT位用于设置是否进行连续转换，我们使用单次转换，所以CONT位必须为0。CAL和RSTCAL用于AD校准。ALIGN用于设置数据对齐，我们使用右对齐，该位设置为0。
EXTSEL[2：0]用于选择启动规则转换组转换的外部事件，详细的设置关系如图22.1.4所示：

 

 
 

图22.1.4 ADC选择启动规则转换事件设置

我们这里使用的是软件触发（SWSTART），所以设置这3个位为111。ADC_CR2的SWSTART位用于开始规则通道的转换，我们每次转换（单次转换模式下）都需要向该位写1。AWDEN为用于使能温度传感器和Vrefint。STM32内部的温度传感器我们将在下一节介绍。
第二个要介绍的是ADC采样事件寄存器（ADC_SMPR1和ADC_SMPR2），这两个寄存器用于设置通道0~17的采样时间，每个通道占用3个位。ADC_SMPR1的各位描述如图22.1.5所示：
 

 

图22.1.5  ADC_SMPR1寄存器各位描述

ADC_SMPR2的各位描述如下图22.1.6所示：
 

图22.1.6  ADC_SMPR2寄存器各位描述

对于每个要转换的通道，采样时间建议尽量长一点，以获得较高的准确度，但是这样会降低ADC的转换速率。ADC的转换时间可以由以下公式计算：
                               Tcovn=采样时间+12.5个周期
其中：Tcovn为总转换时间，采样时间是根据每个通道的SMP位的设置来决定的。例如，当ADCCLK=14Mhz的时候，并设置1.5个周期的采样时间，则得到：Tcovn=1.5+12.5=14个周期=1us。
第三个要介绍的是ADC规则序列寄存器（ADC_SQR1~3）,该寄存器总共有3个，这几个寄存器的功能都差不多，这里我们仅介绍一下ADC_SQR1，该寄存器的各位描述如图22.1.7所示：
 

 
 

图22.1.7  ADC_ SQR1寄存器各位描述

L[3：0]用于存储规则序列的长度，我们这里只用了1个，所以设置这几个位的值为0。其他的SQ13~16则存储了规则序列中第13~16个通道的编号（0~17）。另外两个规则序列寄存器同ADC_SQR1大同小异，我们这里就不再介绍了，要说明一点的是：我们选择的是单次转换，所以只有一个通道在规则序列里面，这个序列就是SQ1，通过ADC_SQR3的最低5位（也就是SQ1）设置。
第四个要介绍的是ADC规则数据寄存器(ADC_DR)。规则序列中的AD转化结果都将被存在这个寄存器里面，而注入通道的转换结果被保存在ADC_JDRx里面。ADC_DR的各位描述如图22.1.8：
 

 
 

图22.1.8  ADC_ JDRx寄存器各位描述

这里要提醒一点的是，该寄存器的数据可以通过ADC_CR2的ALIGN位设置左对齐还是右对齐。在读取数据的时候要注意。
最后一个要介绍的ADC寄存器为ADC状态寄存器（ADC_SR），该寄存器保存了ADC转换时的各种状态。该寄存器的各位描述如图22.1.9所示：

 

 

 

图22.1.9  ADC_ SR寄存器各位描述

这里我们要用到的是EOC位，我们通过判断该位来决定是否此次规则通道的AD转换已经完成，如果完成我们就从ADC_DR中读取转换结果，否则等待转换完成。
通过以上介绍，我们了解了STM32的单次转换模式下的相关设置，本章我们使用ADC1的通道1来进行AD转换，其详细设置步骤如下：
1）开启PA口时钟，设置PA1为模拟输入。
STM32F103ZET6的ADC通道1在PA1上，所以，我们先要使能PORTA的时钟，然后设置PA1为模拟输入。
2）使能ADC1时钟，并设置分频因子。
要使用ADC1，第一步就是要使能ADC1的时钟，在使能完时钟之后，进行一次ADC1的复位。接着我们就可以通过RCC_CFGR设置ADC1的分频因子。分频因子要确保ADC1的时钟（ADCCLK）不要超过14Mhz。
3）设置ADC1的工作模式。
在设置完分频因子之后，我们就可以开始ADC1的模式配置了，设置单次转换模式、触发方式选择、数据对齐方式等都在这一步实现。
4）设置ADC1规则序列的相关信息。
接下来我们要设置规则序列的相关信息，我们这里只有一个通道，并且是单次转换的，所以设置规则序列中通道数为1，然后设置通道1的采样周期。
5）开启AD转换器，并校准。
在设置完了以上信息后，我们就开启AD转换器，执行复位校准和AD校准，注意这两步是必须的！不校准将导致结果很不准确。
6）读取ADC值。
在上面的校准完成之后，ADC就算准备好了。接下来我们要做的就是设置规则序列1里面的通道，然后启动ADC转换。在转换结束后，读取ADC1_DR里面的值就是了。
这里还需要说明一下ADC的参考电压，战舰STM32开发板使用的是STM32F103ZET6，该芯片有外部参考电压：Vref-和Vref+，其中Vref-必须和VSSA连接在一起，而Vref+的输入范围为：2.4~VDDA。战舰STM23开发板通过P7端口，设置Vref-和Vref+设置参考电压，默认的我们是通过跳线帽将Vref-接到GND，Vref+接到VDDA，参考电压就是3.3V。如果大家想自己设置其他参考电压，将你的参考电压接在Vref-和Vref+上就OK了。本章我们的参考电压设置的是3.3V。
通过以上几个步骤的设置，我们就能正常的使用STM32的ADC1来执行AD转换操作了。
22.2硬件设计

本实验用到的硬件资源有：
1）  指示灯DS0
2）  TFTLCD模块
3）  ADC
4）  杜邦线 
前面2个均已介绍过，而ADC属于STM32内部资源，实际上我们只需要软件设置就可以正常工作，不过我们需要在外部连接其端口到被测电压上面。本章，我们通过ADC1的通道1（PA1）来读取外部电压值，战舰STM32开发板没有设计参考电压源在上面，但是板上有几个可以提供测试的地方：1，3.3V电源。2，GND。3，后备电池。注意：这里不能接到板上5V电源上去测试，这可能会烧坏ADC!。
因为要连接到其他地方测试电压，所以我们需要1跟杜邦线，或者自备的连接线也可以，一头插在多功能端口P14的ADC插针上（与PA1连接），另外一头就接你要测试的电压点（确保该电压不大于3.3V即可）。
22.3 软件设计

找到上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个ADC的文件夹。然后打开USER文件夹下的工程，新建一个adc.c的文件和adc.h的头文件，保存在ADC文件夹下，并将ADC文件夹加入头文件包含路径。
打开adc.c，输入如下代码：
#include "adc.h"
#include "delay.h"                      
//初始化ADC
//这里我们仅以规则通道为例
//我们默认仅开启通道1     
void Adc_Init(void)
{   
       //先初始化IO口

<span lang="EN-US">      RCC->APB2ENR|=1APB2ENR|=1

indream123

首先谢谢版主分享宝贵的设计经验。
请问版主，有没有试过多通道ADC一起采样？我在没有添加ucos系统的情况下能正常工作，但是在加了系统后，两路ADC一起转换，程序的设置在有无系统的情况下基本一致，但是加了系统的两路ADC转换就有问题，感觉就像是第二通道的转换结果页串到了第一通道的转换结果中，导致ADC采样输出的波形很复杂，但观看复杂波形的上包络却是ADC输入ＩＯ的波形，请问这是什么原因？