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1. ADC简介 9 k! G4 }8 p( S2 N! i* 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。* w4 r8 _3 [7 @4 O8 D. u3 ? 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。* m2 N2 Q& G3 { ^* K( f5 Y. d. s 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。% @1 u: a9 v7 S/ o$ P5 P; J) i * d9 ^7 Y( h3 }0 C 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。5 t9 \0 L* F$ |# V3 i 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。 9 V) q! Q l7 h \" A; T 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3 a6 Z# W; u4 [: A! v. m- W; e & w( H0 `* v. ?6 \ 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:# U4 V# s9 f/ ?& ^6 ^. I% H
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。 3 q* Q% l% v' K. k t9 }& _ ADC_CR1[25:24]用于设置ADC的分辨率,详细的对应关系如图所示 u' z3 J0 d7 P2 Z/ N3 F4 M
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: 5 q- w; E2 \0 S
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# `6 Y) d2 m4 r" a i& F : I c+ l/ N s) @7 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9 a" r. a, f: M
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。8 d+ w ^# F0 @; I; u # R1 _* `( d! w 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: : e- U5 ^4 U* K9 c2 k
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: - ~6 h! r7 {; ?. ]% k
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 6 U; z8 _' U( x& _1 m 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:1 H+ B) p# l! X6 {9 w, `
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:$ v: @; y) ^! _2 @* V Tcovn=采样时间+12个周期/ |3 c5 V( m" p X$ e# A , H* O- ~* S! `1 ^: X. y$ ? 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。 . A' |" }5 R1 z% }6 f 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: 7 D) @( p& V8 s% f- ?
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: 2 F# z1 w H' [+ ^- Q
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。6 b' Z% B* k B6 N 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:9 K" J! |1 F5 P% X. h4 y. o+ W! ~ 8 W5 W' N) W3 r6 h& m
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。 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 8 Q( @7 s5 j; I' v0 e 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:& H) c0 u3 G! [' d4 l x/ H1 l% ~' k; T9 p+ N! l" g6 I RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟4 @% s2 h' s; v4 q , ~& n; P$ n& U9 J8 q# p2 c7 \ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //使能ADC1时钟 9 [* Z* x' k, u0 ?" V+ v! b9 ` 初始化GPIOA5为模拟输入,方法也多次讲解,关键代码为: , Z, O& b9 e5 N* G! {) P. t GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AN;//模拟输入 " ?$ O* t# d! \1 y" E 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:
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: - S" Q2 j, Z8 j0 |1 Z7 d
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。 在库函数中,初始化CCR寄存器是通过调用ADC_CommonInit来实现的:, M2 D; }0 z( K- f8 a5 y void ADC_CommonInit(ADC_CommonInitTypeDef*ADC_CommonInitStruct)- r4 N" H2 K8 j2 L" ? * ^9 T! {2 T- E" k' t. _ 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:5 b* F7 p: T( S0 A0 i+ ~. N) B ( o- B# D( ]! g ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode =ADC_Mode_Independent;//独立模式 ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay= ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles; 9 j( U) W$ p: g ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled; ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler =ADC_Prescaler_Div4; 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。( q$ E5 b/ ^3 [2 F9 e 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。! T5 I9 }+ H0 A8 T* c % [1 D% l; ?/ n$ ]% \ 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。# ?! o# t) B/ R4 Q5 M e 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:5 C! r; G: H) u2 b: h void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx,ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct) |1 M* ^: ]8 j& H3 ^ U & k ~+ Y/ ]5 X4 c( ] 初始化实例为:5 c" O/ N2 _7 T$ d0 R7 o3 Q 7 N4 t7 c; a! l& N/ h( T+ m* h ADC_InitStructure.ADC_Resolution =ADC_Resolution_12b;//12位模式$ b2 [1 B: O9 o+ Z+ z 2 _& F& Q- N2 O2 a* D ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =DISABLE;//非扫描模式 . T- V( [; V! R2 P- q) s5 L; v# g ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE;//关闭连续转换 - J" V% @4 v8 v ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge= ADC_ExternalTrigConvEdge_None;6 A- K i6 A. [/ z% C! |' C; i //禁止触发检测,使用软件触发& |/ |1 @% G5 G' k4 y+ ? . u. ~$ |$ f! \ 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! R! o) y! i$ q) a; x7 } ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//ADC初始化 `+ a! W/ u2 @4 u3 e/ p' l 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,( [2 F5 x1 h5 j% { 3 w8 h, i7 i7 Z 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。( b) Z- N2 {0 w5 O1 C ! b# ]+ J) n# @8 {$ h. ]' s 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。 # [$ v M8 n' K* s4 t0 J. q. z 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9 g0 J5 @, W6 k * B( E7 F, X- w! S ADC_DataAlign_Right和左对齐ADC_DataAlign_Left。 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。( x! F' c+ P2 { * Z/ r6 h* Y7 Q# I+ M0 B5 j 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。2 M/ q/ P, v9 }" u & o) K* H9 P& }0 o 4)开启AD转换器。 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)。( t( o8 T- s1 N" i , G7 s @. i2 |% C5 S7 k H( G7 W ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器 5)读取ADC值。 * l' W- A5 t8 t6 Q: u/ M6 U; u 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。 7 q' ~" H6 [/ f- U0 B& _ 这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是:/ |+ k- @8 S9 f6 q, | void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_Channel,; k& d' p4 e3 t, ^( d' Q& [ uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);1 T: o1 w* R. v- T7 a 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:6 H3 |+ K, q; }' Q' o 5 D9 \) G: \9 O# g. u ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_480Cycles ); ! a l Y. o# z% c4 t& N# p 软件开启ADC转换的方法是: ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能$ ~; E3 i* f9 E" X 开启转换之后,就可以获取转换ADC转换结果数据,方法是: 8 f+ A* w5 z3 U) G& x ADC_GetConversionValue(ADC1); 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:2 B1 {) J4 h5 U/ @& _- f ? 1 z! F0 |& w8 W3 v FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_FLAG)9 ]0 b+ C0 J4 e ! b& ^1 I# _) G7 I* H G 比如我们要判断ADC1的转换是否结束,方法是: . z y& q1 W0 L$ ?8 N' q while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));//等待转换结束# X2 Z! \* Y! N# k8 W8 @ % Y. e- O- d: }/ Z- O 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。 本章我们的参考电压设置的是3.3V。# @% N2 a( n6 n9 y9 C' ^; k ' i' H7 d% R2 Z9 C7 p 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。 . T0 h3 R; C, d9 a& r 3. ADC实例$ G0 r8 F! G4 \1 o8 U 实现采集3.3V电压和GND电压,用串口打印出来1 b$ o9 i5 M" z% ]% f 9 x" N" M& |9 j' u& z Adc.h # y) `: c$ R" A/ {- h$ R) v O
4 [: `4 b v" E 9 t, ^* Q# F7 K5 u) a F 0 m+ g! m% Q! P9 P; S0 U 转载自于忠军 |
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