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基于STM32的12位ADC过采样实现16位分辨率经验分享

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攻城狮Melo 发布时间:2023-4-16 21:15
1.什么是过采样
$ ?& i' h; X! @4 p, c% O7 r' x- ]- l2 O6 a* u9 J( ~  B3 }
  过采样技术是一种以牺牲采样速度来提高ADC分辨率的技术。部分STM32单片机是支持硬件过采样的,如STM32G0系列。通过过采样,可以将12位的ADC提升到16位,非常实用。
* H( Q0 K' u$ B( D, m
& ]  U. a0 I( W" d* i
450d5b1d6d97ed2d6772b3f3d05ce577.png
/ U1 p+ T$ A( H* W* N( R  w! z2 V
' s3 O0 [/ f5 r- k
   根据过采样技术,每提高1位ADC分辨率,需要增加4倍的采样率。也就是说1次采样是12Bit,4次是13Bit,16次是14Bit,64次是15Bit,256次是16Bit,如果要更高分辨率,那么STM32的硬件过采样就无能为力了。) }. q2 e( ^& g5 w: `

& ]+ S; I/ |  C" J  y   过采样主要通过配置ADC_SMPR寄存器的下面几位即可实现,配置移位位数、过采样倍数以及使能位。如下:
& n4 w0 t- X! ^! _6 v( U# }2 \: G% x7 B, J/ S, `
fa88d7c44a90af458a9335127d4061da.png - e. i$ n5 D  b* @

- s+ G) _0 w0 [. g8 c( M& |   最大可配置为256倍过采样,实现16位分辨率。当采用256倍过采样时,得到的结果是20位的,但ADC_DR寄存器是16位的,所以此时必须右移4位才行。如下图:- w. S/ p# M) V( I2 a6 l
% J* ]% n1 Z8 l0 N* o
5bd8c38ae6203267d9dccc1b17fdce59.png 7 z4 }% [0 r( y& B$ l; y5 K
5 Q. C- `- e. A2 @
2.STM32CubeMX配置

2 u$ j8 C1 I; z0 t9 W
1 W3 a6 g% W9 ~; R- L8 ?+ D  ADC配置如下,使能了一个通道,打开DMA和连续采样。使能过采样,右移4位,256倍过采样。这样就可以直接当作16位ADC来用了。6 _' s% ~% K1 k" T  q# z% F

6 L$ i  U- `1 y5 a. D# G; h8 n+ C# e
c5d5c9cd5271f9061f38dbe34a6e00f7.png
7 @' v: [7 i% C4 ]3 Z1 Y' W. H2 g* Z/ z& t) K
  生成代码后,输入2.5V的电压,进行采样测试,程序如下:   
) f: P: l5 Q& m( R( m
  1. HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);9 d# {: f& N. C1 H, I6 w
  2. HAL_Delay(200);
    4 _# w. o5 |1 g8 p6 e
  3. HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)ADC_Buf,100);
复制代码
8 @1 P% \0 E. t( g* U$ N+ _
   采样结果如下,可以看到,有最大4个字的跳动。当然这也跟硬件的布局布线等设计有关系。测试使用的开发板,效果不是特别好,但过采样对于提升分辨率还是有用的。& k) y% {. \5 y, S
9 f; t$ @- s$ R; Z* t
7a7aaf99ba554cb05e5730b1db34dfa4.png 7 \; i& k, R" O6 K$ y

; |6 a, H) g1 W; b3 j+ S* E   如果再对结果进去求平均值,可以进一步提升分辨率,结果如下,基本上只有1个字的跳动。6 j  b8 w, z* |( f
$ a& }. n. F  y+ Q" m6 e* }
bd5cb7613a97108b7b9bf8f8819808f7.png
2 M* ]" w# W! b! X* N
7 v! h/ r- o! T————————————————4 I/ J# H2 z/ x! J4 b
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2 a) ?1 f- D& x: E( K4 B

! W; ]0 X$ i$ q3 S  @2 @  s- d) q0 @1 \/ ^/ a5 w
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