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1. ADC简介: S- k- C- L3 z3 O; Q3 d T5 y + T& l$ b) g d" @ 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。1 u$ t2 Q; d6 ]. C/ g / J$ Q# `" J F) Q) g 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。 & q7 ]9 X6 [: f( {% [* t8 u3 E 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。8 r, k$ S* m2 E. y0 R& I( l" d) O 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$ Y$ r0 K/ B* U- K2 m 7 d" X9 x4 e4 Z B$ p4 n 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。 2 p1 C2 B$ e3 i8 r2 e 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:. c6 e8 n- E$ W" }1 f, E $ C/ F. N* o4 }5 y# p
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。5 t1 ~% e' ^1 G1 B) v' L* f 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 ' y$ m1 ^. K* T' t r0 _- A
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。5 u) `5 y9 q s7 j4 b$ b 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:( G* L: D& l1 B- R% n , j* U% P( Z; ^& M
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 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:* g5 e$ R9 S, b6 k2 ?; h+ ?5 u5 P Tcovn=采样时间+12个周期 ' {# b1 J4 Y( i3 J 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。 & N0 s$ D+ s& B 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 _* N8 X" W: x$ Y, \ 3 l# O s, m6 M; H1 r4 `
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。' Z& R" L( |' E) P' l3 Q; H; K6 _ & o& I/ }/ C$ i& v7 D i 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: + \* @' \, f1 E k* E* E# O4 U
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。1 | [/ _' Q. k# K, d2 m 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:+ v4 R/ P+ Z" k5 n- p) d# c 3 H$ v9 U8 K" s! E7 Z
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。 ! C) `! ~" d3 {. Z( {! u8 x 2. ADC库函数应用步骤 " C3 B4 u9 _' e9 q# b" u 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 1 Q. u6 L6 ]9 J5 n/ d9 g! a 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。) k) I$ G& o- v) d 使能GPIOA时钟和ADC1时钟都很简单,具体方法为: RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟6 R+ Y2 t* ]$ r) V 2 ?5 E3 i% `/ r RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //使能ADC1时钟7 [- Y/ J: r9 f" t2 E) O 5 O& M% Z7 A5 @" u% i 初始化GPIOA5为模拟输入,方法也多次讲解,关键代码为:( s) a; T3 A* @1 x8 R- x5 H GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AN;//模拟输入7 G" A) \! u" g. v. ~6 D; _& N 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: . |" R& z4 x/ d) {) x
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:. @3 T/ `: A$ ?& j / M! T8 r( k; e# V3 r7 ~
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。 N( X6 K# u4 B& D 在库函数中,初始化CCR寄存器是通过调用ADC_CommonInit来实现的: : K' u% `9 Q# c6 o) R) h. m4 Y void ADC_CommonInit(ADC_CommonInitTypeDef*ADC_CommonInitStruct); G! |& l1 [/ s- b4 O$ l8 b! x 4 P" V: s/ y3 m9 y( U0 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:) T( p& U: R' K: M$ F) a % n$ U8 \! [2 t c# | H3 p4 k; F& p ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode =ADC_Mode_Independent;//独立模式8 d9 C* E; \' }2 D; g . g( ~* e) ~8 C( i6 l1 O- S ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay= ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;! O1 B$ N' ?6 |5 u6 a6 @ 2 ~, ]3 ?) _7 _- Y6 z9 l ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled;( F g* `7 r6 ~1 c5 k; E5 e* e# Y 1 N4 H# c' i# q+ P* h$ z ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler =ADC_Prescaler_Div4;- G; A+ x3 H5 @( e ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化 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。 1 u" N* t* k- r5 T$ 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 d9 `1 G7 l) P3 ~ 第三个参数ADC_DMAAccessMode是DMA模式禁止或者使能相应DMA模式。 ! Z6 d" y! y4 w 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。 1 q6 ^6 f8 X; P* {" @ 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。 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)7 w7 K! D/ t9 W( _9 e7 c0 K& R 初始化实例为: ADC_InitStructure.ADC_Resolution =ADC_Resolution_12b;//12位模式 3 g$ M* C2 q0 X- S* Z, R/ } ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =DISABLE;//非扫描模式( G* K4 R. }5 N' e & ]# R/ ]* F: h6 K ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE;//关闭连续转换. V) o4 p3 Q/ q ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge= ADC_ExternalTrigConvEdge_None;7 U. d' g+ H3 i: J5 s //禁止触发检测,使用软件触发 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign =ADC_DataAlign_Right;//右对齐 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion =1;//1个转换在规则序列中! ~+ _% p8 l( B1 ]0 I 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,) b* \9 v% l+ R# ` & p, y6 q; S+ j+ a 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。$ f4 W* N2 }+ S- i6 ], I ( ]5 H+ w6 [7 S: ?" G) X, r 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。% Z3 v' ^4 G" m2 r7 i! L: E- g 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 ADC_DataAlign_Right和左对齐ADC_DataAlign_Left。 & D+ E# L% ~$ p6 Y, B0 P 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。! M/ N6 R5 n# w1 d6 N. G* O 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。$ ?( K0 z+ i# i W& H 2 B9 n: V2 s, `: y' m- v! o* b 4)开启AD转换器。 : z+ w z$ U/ Y3 ]1 S& D) E 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5 a% a6 M8 W3 o( a H . O; O4 t# ^9 e/ o, T% Z6 W# c/ Q 5)读取ADC值。2 _! @% P# F4 d; S3 K! q3 t) g- P $ d. g1 U' ~" K1 {8 @ 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。; ?- F1 r% h5 z1 _- _% j& ] 这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是: void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);0 w: W: s! \! N+ u( \6 |$ t E 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: ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_480Cycles );7 A* z |, P; p! C( U : l1 X; R/ K+ E 软件开启ADC转换的方法是: $ w* Q t' t: k5 K2 L/ s& M ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能 开启转换之后,就可以获取转换ADC转换结果数据,方法是:7 p6 i0 s# _. i4 r $ L: A5 X# m3 y ADC_GetConversionValue(ADC1);1 X9 h6 x1 Z) h# ^# \9 `. k 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:) O; w8 Z0 W2 f FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_FLAG) o$ M( X6 g, w7 C 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3 e* |" V- r! P- L6 A/ | * U2 ]4 ~! @+ n' h0 z 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。- u8 m- G s3 W- P+ j % n3 Q1 u. g l 本章我们的参考电压设置的是3.3V。 : ?* L" u3 J r& m( W( W- M) v0 [9 _ 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。 3. ADC实例" w5 l3 V; A# ?; d, d5 I # K' m6 Y2 B* e, D" ~ 实现采集3.3V电压和GND电压,用串口打印出来 Adc.h. u2 D. A3 K- y8 b' @( s & F% n* E6 W3 n
* e8 A0 u9 p8 v2 F- e . I8 ?3 u4 R* K* ?0 U" l# T ' b9 n* z( F/ z5 A 转载自于忠军2 p) p; K' A7 `, e! J |
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