1. ADC简介 STM32F4xx系列一般都有3个ADC,这些ADC可以独立使用,也可以使用双重/三重模式(提高采样率)。STM32F4的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有19个通道,可测量16个外部源、2个内部源和Vbat通道的信号。这些通道的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。* s0 v4 N: z( H; E* ^ STM32F407VGT6包含有3个ADC。STM32F4的ADC最大的转换速率为2.4Mhz,也 就 是转换时间为0.41us(在ADCCLK=36M,采样周期为3个ADC时钟下得到),不要让ADC的时钟超过36M,否则将导致结果准确度下降 STM32F4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。 4 f# f) h- [ i/ f4 | 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。" L* `# ^* }2 j' G STM32F4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。 STM32F4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),这时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 / `. U$ Y# T" h1 {% N- `. K 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的各位描述如图所示: 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。$ Z; b0 s5 e+ F) C* P 1 L8 S: a, r" n7 `2 N ADC_CR1[25:24]用于设置ADC的分辨率,详细的对应关系如图所示 本章我们使用12位分辨率,所以设置这两个位为0就可以了。接着我们介绍ADC_CR2,该寄存器的各位描述如图所示:4 n3 y |; u# g& K0 ^# I $ N& F' B$ W# h R 该寄存器我们也只针对性的介绍一些位:ADON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。ALIGN用于设置数据对齐,我们使用右对齐,该位设置为0。* `- I8 X) X+ S: ]. N0 B' O EXTEN[1:0]用于规则通道的外部触发使能设置,详细的设置关系如图所示 我们这里使用的是软件触发,即不使用外部触发,所以设置这2个位为0即可。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。! }; D! R9 s4 p: r( L+ ~ 0 G8 R' }5 `2 {- I1 y5 I 第二个要介绍的是ADC通用控制寄存器(ADC_CCR),该寄存器各位描述如图所示: 该寄存器我们也只针对性的介绍一些位:TSVREFE位是内部温度传感器和Vrefint通道使能位,内部温度传感器我们将在下一章介绍,这里我们直接设置为0。ADCPRE[1:0]用于设置ADC输入时钟分频,00~11分别对应2/4/6/8分频,STM32F4的ADC最大工作频率是36Mhz,而ADC时 钟(ADCCLK)来 自APB2,APB2频率一般是84Mhz,所以我们一般设置ADCPRE=01,即4分频,这样得到ADCCLK频率为21Mhz。MULTI[4:0]用于多重ADC模式选择,详细的设置关系如图所示:; q+ w |0 P( u. A3 a& G& Y' j4 H ! M. a0 ]' p G+ |+ } 本章我们仅用了ADC1(独立模式),并没用到多重ADC模式,所以设置这5个位为0即可 , t) m+ a: `9 a5 X$ U 第三个要介绍的是ADC采样时间寄存器(ADC_SMPR1和ADC_SMPR2),这两个寄存器用于设置通道0~18的采样时间,每个通道占用3个位。ADC_SMPR1的各位描述如图所示: 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个周期) o; B& r& Z) J9 C& b6 Z [+ O 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=21Mhz的时候,并设置3个周期的采样时间,则得到:Tcovn=3+12=15个周期=0.71us。8 p! w1 ^5 G1 }% v" e 第四个要介绍的是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所示: 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(0~18)。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,至于SQ1里面哪个通道,完全由用户自己设置,通过ADC_SQR3的最低5位(也就是SQ1)设置。 第五个要介绍的是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: 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。 ?" I5 X$ B: I0 e/ x/ f9 ^ ! L, W% p: d" w. ?* l 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所示:! F4 [1 I2 j6 p+ q- @( G 9 H) S/ X L% @ 这里我们仅介绍将要用到的是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,如果该位位1,则表示转换完成了,就可以从ADC_DR中读取转换结果,否则等待转换完成。 1 q/ r7 U Z; e. n; g3 { 2. ADC库函数应用步骤2 g5 K! ~5 `& z& e 使用到的库函数分布在stm32f4xx_adc.c文件和stm32f4xx_adc.h文件中。下面讲解其详细设置步骤 0 Q( [; q* s+ G& }: O& z2 _3 h STM32F407ZGT6的ADC1通道5在PA5上,所以,我们先要使能GPIOA的时钟,然后设置PA5为模拟输入。同时我们要把PA5复用为ADC,所以我们要使能ADC1时钟。这里特别要提醒,对于IO口复用为ADC我们要设置模式为模拟输入,而不是复用功能,也不需要调用GPIO_PinAFConfig函数来设置引脚映射关系。 使能GPIOA时钟和ADC1时钟都很简单,具体方法为:$ k; G1 R+ J; @ , M7 N, Y( _, `* v RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟 + K( f5 ] i1 V& R* j' ^ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //使能ADC1时钟4 ]. c0 g. \2 @2 j 0 V2 Q! c- w0 B z# [+ w 初始化GPIOA5为模拟输入,方法也多次讲解,关键代码为: GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AN;//模拟输入 ' p! F8 ^, D' Q0 Z0 V/ |0 s. F) C 这里需要说明一下,ADC的通道与引脚的对应关系在STM32F4的数据手册可以查到,我们这里使用ADC1的通道5,在数据手册中的表格为:! S, ?/ y2 L, }# V# @) S8 v3 f- k % D! x5 U* \, ]+ q3 a& N 这里我们把ADC1~ADC3的引脚与通道对应关系列出来, 16个外部源的对应关系如下表:4 ^6 j* k9 j/ K1 u) F8 U9 U1 l 2)设置ADC的通用控制寄存器CCR,配置ADC输入时钟分频,模式为独立模式等。. ]3 l' \/ G4 _4 [6 o8 l) E- K 在库函数中,初始化CCR寄存器是通过调用ADC_CommonInit来实现的:5 ^2 L' X3 t2 V" u9 ]1 `$ O void ADC_CommonInit(ADC_CommonInitTypeDef*ADC_CommonInitStruct)2 M+ u% l$ X- H# e f ' F& ?( t) d Y: e& h6 u 这里我们不再李处初始化结构体成员变量,而是直接看实例。初始化实例为: ; Q7 V, X! |% N# Z# d) d ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode =ADC_Mode_Independent;//独立模式; \5 n; `6 B8 \" h8 m" L1 x7 D 4 ~3 }9 B! X, K& A/ N* h ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay= ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;, a7 w+ P3 ~, B! r) M) a5 r 3 L; w3 N2 D* D" s) S+ V ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled;2 P: E- @8 M* a8 ?8 {# z % t1 E* l! L9 P8 B% }1 [ ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler =ADC_Prescaler_Div4;' n" T% B' T- R- G: K ( f+ p+ E" r5 T' ?, L) d& z+ l% r2 ` ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化& c# [1 S* J6 m 第一个参数ADC_Mode用来设置是独立模式还是多重模式,这里我们选择独立模式。 . k% r- t' L5 }! O3 Z 第二个参数ADC_TwoSamplingDelay用来设置两个采样阶段之间的延迟周期数。这个比较好理解。取值范围为:ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles~ADC_TwoSamplingDelay_20Cycles。8 }! U" E) q! g7 Y6 L2 E5 A / r' b0 j7 ^, t& n# C5 Y, G 第三个参数ADC_DMAAccessMode是DMA模式禁止或者使能相应DMA模式。 第四个参数ADC_Prescaler用来设置ADC预分频器。这个参数非常重要,这里我们设置分频系数为4分频ADC_Prescaler_Div4,保证ADC1的时钟频率不超过36MHz。+ b2 S8 e2 Y W0 M7 i7 Y" d+ r + i( A$ i* W: Y. `3 | 3)初始化ADC1参数,设置ADC1的转换分辨率,转换方式,对齐方式,以及规则序列等相关信息。 ' V2 C8 h) Y: E7 p8 W$ ? 在设置完分通用控制参数之后,我们就可以开始ADC1的相关参数配置了,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。具体的使用函数为: void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx,ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct); O, |& H- Y2 | * ]; s+ l: |: w 初始化实例为: ADC_InitStructure.ADC_Resolution =ADC_Resolution_12b;//12位模式. o; J+ u: P3 S( c/ j2 }" x$ U . s6 h8 {3 F; B) k# U' T1 ` ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =DISABLE;//非扫描模式! J. a+ y6 y: F, B4 L ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE;//关闭连续转换 7 o7 E& A. U* M* u( Z4 j ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge= ADC_ExternalTrigConvEdge_None;2 _4 y" N$ h; m & X& c4 R* f$ ?; [4 `5 g, N //禁止触发检测,使用软件触发4 r0 r( D5 R& {* Q6 t5 S ADC_InitStructure.ADC_DataAlign =ADC_DataAlign_Right;//右对齐) h; l8 ^9 ]& c. x, y8 | ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion =1;//1个转换在规则序列中8 C# b; j6 c, E. p : p U3 K* n! z+ i ]6 ] t ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//ADC初始化 第一个参数ADC_Resolution用来设置ADC转换分辨率。取值范围为:ADC_Resolution_6b,) C0 U( @7 x7 s$ z- \- H5 F# c 2 I$ g7 L6 i" v# L! E. g7 P ADC_Resolution_8b,ADC_Resolution_10b和ADC_Resolution_12b。 第二个参数ADC_ScanConvMode用来设置是否打开扫描模式。这里我们设置单次转换所以不打开扫描模式,值为DISABLE。$ R; _& F! r' q' k: @ 第三个参数ADC_ContinuousConvMode用来设置是单次转换模式还是连续转换模式,这里我们是单次,所以关闭连续转换模式,值为DISABLE。$ |8 D/ E' ^0 W/ y 第三个参数ADC_ExternalTrigConvEdge用来设置外部通道的触发使能和检测方式。这里我们直接禁止触发检测,使用软件触发。还可以设置为上升沿触发检测,下降沿触发检测以及上升沿和下降沿都触发检测。 3 S& O$ ]" Y; K# `1 W9 P 第四个参数ADC_DataAlign 用来设置数据对齐方式。取值范围为右对齐7 x9 Z1 a7 j) @& s% }/ R$ e ADC_DataAlign_Right和左对齐ADC_DataAlign_Left。. m: e# N% H& [/ T$ `8 R $ i6 I; u' ?9 \3 I3 ~5 N 第五个参数ADC_NbrOfConversion用来设置规则序列的长度,这里我们是单次转换,所以值为1即可。, ]) [9 e. Y2 q9 R# Y; X5 d: _ 实际上还有个参数ADC_ExternalTrigConv是用来为规则组选择外部事件。因为我们前面配置的是软件触发,所以这里我们可以不用配置。如果选择其他触发方式方式,这里需要配置。 4)开启AD转换器。5 [; S+ H5 b# D M. R 1 Y) b, j3 ~* {4 F- d, @0 v- s 在设置完了以上信息后,我们就开启AD转换器了(通过ADC_CR2寄存器控制)。7 Q5 F& \7 y3 m# r6 D& w, f8 @ ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器3 l4 N, y2 U* j5 g, S$ n , ^" z/ }8 p1 D# ], ^ 5)读取ADC值。8 s4 t; t5 W) ? 在上面的步骤完成后,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,读取转换结果值值就是了。 8 g( f* ~4 E5 d* _ 这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是:4 T1 b5 F8 n0 Q void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_Channel, * N, v @ h4 R% U uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);+ y2 u, K$ `- n, D. s3 O& D* Z) ^# } ; t1 t& n5 t, w 我们这里是规则序列中的第1个转换,同时采样周期为480,所以设置为: & J2 Q* V9 S+ |- G( `( z& ]9 E' _ ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_480Cycles );* z8 b1 c. ?2 i* J3 |/ z, ^ 软件开启ADC转换的方法是:$ E5 t' ~. M3 Y" l ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能 + d7 Z! r. q9 A: V6 x- ?2 W 开启转换之后,就可以获取转换ADC转换结果数据,方法是: & J6 g& ?% q' D' y& Z. ~- t' e ADC_GetConversionValue(ADC1);, [9 @# L, c; L5 U& l: j+ z& U 同时在AD转换中,我们还要根据状态寄存器的标志位来获取AD转换的各个状态信息。库函数获取AD转换的状态信息的函数是: FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_FLAG)! `) @2 i. N! y* J" H6 y+ z0 h! c - ^" W$ k$ Y+ e( r' i( E7 t 比如我们要判断ADC1的转换是否结束,方法是:. l; N$ P( f) F6 q 9 }7 P/ b D2 T$ A: w: c while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));//等待转换结束 这里还需要说明一下ADC的参考电压,探索者STM32F4开发板使用的是STM32F407ZGT6,该芯片只有Vref+参考电压引脚,Vref+的输入范围为:1.8~VDDA。探索者STM32F4开发板通过P7端口,来设置Vref+的参考电压,默认的我们是通过跳线帽将ref+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+上就OK了(注意要共地)。另外,对于还有Vref-引脚的STM32F4芯片,直接就近将Vref-接VSSA就可以了。 4 v9 a4 D$ h( @, l 本章我们的参考电压设置的是3.3V。+ B( V% e, b# w: A- e3 V' Z9 S 1 k5 Z. z# z4 i6 z7 v8 Q 通过以上几个步骤的设置,我们就能正常的使用STM32F4的ADC1来执行AD转换操作了。/ a3 H" [; Q( d; G O : b2 r" N! w' R. b 3. ADC实例 实现采集3.3V电压和GND电压,用串口打印出来+ B. p4 Q, `- J7 j: I8 }- s 7 S* ^# P( A' `- H Adc.h
转载自于忠军6 N$ h" H0 D: [$ W & l3 m7 @3 _' [# w% ?3 U- ] |
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