
1. ADC简介+ |7 H6 J4 {+ `6 I& C+ @+ ]) x ; J3 H/ R' @. r8 ^8 u5 E7 L3 U# C 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。 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' h1 k8 c( N# Q9 q f% |6 n 2 a: W, n3 Y8 ?5 L& a 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。# `8 c( h& z2 `. S+ U & v/ m `/ @8 n& ^# x 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。 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。6 m. W" J! r& q7 R" B/ v' c 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6 k/ K$ o3 {( B9 G 4 t; C/ C. Z' k8 [4 o 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: $ w8 O) {+ ?( S7 c ![]() 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[25:24]用于设置ADC的分辨率,详细的对应关系如图所示8 a1 n/ D: o. L# V2 @ ![]() 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: ![]() 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。 ) A) T7 u. v" \- |# C6 G5 k: {/ c) H 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9 g! P3 f8 F, ^1 v/ O; U. @& r . m# w# u# v& [+ I% u, a9 ~ ![]() 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。( K& u5 n$ _5 v$ e% i% O8 u+ k 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: % Q9 R9 K4 q, b" T6 }/ v ![]() 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:- g0 x' E+ [6 ] ! b0 U) f/ W( `" r$ x# L& x+ Z ![]() 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 1 B& _* K& L4 A' ] 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: 6 w. F4 d) x' Z" a& q" s ![]() 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: 6 [9 F: U8 r u, D Tcovn=采样时间+12个周期/ _. K- [: V2 U5 _6 h0 V+ U& p7 ^ 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。0 w4 }( I) n& z, S8 c* W 8 z( Q& ?" t1 I1 F% C R 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:2 }# i' Z, r) E; x9 C4 Q, L9 [0 E 0 @3 g6 D3 H7 ^/ t7 E, ] ![]() 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。3 V7 i6 j8 T' Y+ G 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:& p5 d3 M: N. h# s/ n3 x ![]() 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。3 }5 N% C/ M4 M n. A 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: ![]() 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。. r& P1 @3 f* |& p% B! i. X 2. ADC库函数应用步骤 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6 R, H: ~0 O& y! [+ U 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。+ W+ k+ i' q1 C; C8 a8 a/ x 使能GPIOA时钟和ADC1时钟都很简单,具体方法为: ^% M) s9 |. `4 S2 z ( }% l" z# ^7 E2 ~' a) q RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟2 ~4 U9 o9 _6 k* _/ v: R9 k. z RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //使能ADC1时钟; Q* M7 Q! p5 T0 d- p y5 T! \% m# H) h1 H+ T0 c 初始化GPIOA5为模拟输入,方法也多次讲解,关键代码为:. P0 r7 P, P. S; E GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AN;//模拟输入 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:, N" a3 f& }: M! B5 ^ . D. R$ [$ k: s3 B; x& J2 W ![]() 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:& T o. i# @ n8 d2 S" o 1 }5 a3 c% s0 F0 H( [ ![]() 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。: M' {" [$ l9 Q 在库函数中,初始化CCR寄存器是通过调用ADC_CommonInit来实现的: " M# d6 j8 R' l% D) G0 m void ADC_CommonInit(ADC_CommonInitTypeDef*ADC_CommonInitStruct)8 P2 r6 [# m, B) g4 }9 { - I. t( M& g$ r, @6 v* H. Q 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: ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode =ADC_Mode_Independent;//独立模式 3 d8 Q+ j& E( U& c7 F' h3 N% X ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay= ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;: F. O4 D: s* z: q5 `3 i1 f6 { n6 a0 {+ V+ A3 H8 k ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled; ) ?, i( |2 T8 p) p ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler =ADC_Prescaler_Div4; ' Y8 _$ [! P b5 F! X ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化3 Q8 ^0 Z8 w0 f+ ?& [* G . M0 g1 [& f u' }' }4 u 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。, g8 Z- t# S" e5 u; z : O3 _ Q( o1 M j 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。3 v% T0 O) p2 y; | 第三个参数ADC_DMAAccessMode是DMA模式禁止或者使能相应DMA模式。 $ ~6 m& A* t. ~) s/ T# f( g 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。7 D. y, A7 O4 _, I9 E) y } % T4 [7 X; i$ x( j+ H& R 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。 # E m4 U, K$ o& C' C 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)% i5 J% v! Z2 n1 T1 N% \- A# U - @5 @/ k1 A" w0 L/ G6 C$ w" ?; I 初始化实例为: ADC_InitStructure.ADC_Resolution =ADC_Resolution_12b;//12位模式) z; T" Z6 s. T* V* w8 w1 I2 R ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =DISABLE;//非扫描模式$ z \% T" s+ r4 z8 a" U) P" ? . {3 V" A+ e% C! g _ ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE;//关闭连续转换 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge= ADC_ExternalTrigConvEdge_None;9 ~% b+ e! N# e8 ]+ m f* ?4 Z //禁止触发检测,使用软件触发4 n2 M3 u* I, z* E' S a % i+ L# h9 H$ u) q3 X ADC_InitStructure.ADC_DataAlign =ADC_DataAlign_Right;//右对齐2 W- n# u2 C! h' ~+ ^ ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion =1;//1个转换在规则序列中 9 r3 X* j' V- V9 s ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//ADC初始化0 P" q( y E" I1 H 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,) @; o- q2 a0 F. J : `* z: A& m! i. n ADC_Resolution_8b,ADC_Resolution_10b和ADC_Resolution_12b。 6 A5 Y- j1 N0 C' K# u8 A 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。. z5 u: r8 B1 X2 S1 K( H % q( B- ?- h# \& d7 l2 E 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。 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。 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 ) \3 U: t( m p$ H/ G' F ADC_DataAlign_Right和左对齐ADC_DataAlign_Left。8 {# P" G9 J/ r% H : X$ M2 w% _1 ]' R7 B" w; q0 B 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。" o& G* z+ h4 k) @- f : _& `! x6 H$ Z5 X, Z! U: R9 i 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。: Z$ r5 n8 ~! `$ v o- F( }! K# q $ X/ G9 E' P, {+ y3 Q1 \, r* ` 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)。 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器& ?/ ~" A' p& a, B 5 w( g2 r3 x g$ X4 t 5)读取ADC值。" p$ a1 }. |' k, g- K 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。 - _# s* O* t& d) _ Z7 l, [5 e: b 这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是:/ e# m3 W- N8 o- p: l, w$ B& w void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_Channel,1 l, N# M% B5 k1 ]; V3 j $ h: }+ g0 ?4 j; }: ` uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime); : j/ Q* y- V Q* ^ 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: H( @* E4 K! `; | ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_480Cycles );$ S1 D/ Z) _% M, F% A 6 o; c F! \- j! R 软件开启ADC转换的方法是:2 M4 _3 t; _& q6 {7 _8 C# H ' Q# N+ U4 {1 c* K' X" f" P ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能6 F% [( @, y6 M# Y; | q7 l# H2 L- d 开启转换之后,就可以获取转换ADC转换结果数据,方法是:, b# |% C# r/ J: s2 P3 K( N ADC_GetConversionValue(ADC1); 1 s, I' z1 c7 z. ^3 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:$ A- m1 O- F3 ]: ]9 m! n' V; b( o 7 Q A) w: q" }! m5 r- U FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_FLAG)1 _6 O+ Z. B9 K5 Y+ ]# l+ f/ H 2 s& h& ?8 u' e1 i 比如我们要判断ADC1的转换是否结束,方法是: while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));//等待转换结束1 K* p, k: u; u8 p1 Q: X1 X ; C- F, A* _' X3 t/ u 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。! ]$ M7 G1 Q) ] 7 }3 n+ C* T4 Z s 本章我们的参考电压设置的是3.3V。6 U2 q# ~6 [3 z; ?. H # |) r: D$ o: ^- p1 | 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。& W. g1 X u. r6 E # O7 M0 Y! h: D" d8 T 3. ADC实例 实现采集3.3V电压和GND电压,用串口打印出来6 X1 b0 @: _' h1 F3 m2 S Adc.h8 a# m5 Q& Y+ C1 ^ / S# S( i( g: L% h$ _
3 p' A$ i0 [; g5 C: R; p 转载自于忠军 |
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