
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。 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 . U, A# q/ j4 ? 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。 : I j5 B# {8 i8 z% { 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。 * t4 L2 b8 ~* b 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。; F) } R9 j& Q" y' t # V; z- M, j/ O0 q0 ] 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。) \2 w- N9 a, s. \" o4 P& 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' n+ G, H9 ? I2 B w ! Z/ E1 B0 W7 R- e* e 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。1 S L$ j& \- a3 q3 r' S) e& [3 x$ F ADC_CR1[25:24]用于设置ADC的分辨率,详细的对应关系如图所示 # p( m, ~8 `5 z) i ![]() 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。 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" b9 N: s# G: h. z7 a' d R# s2 P2 P : O" Z9 l+ j N ![]() 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。9 o* L4 l' T$ g - I; m" c% i# q" D- y 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: O ^) W; r/ W# k3 T2 F0 g 2 Y# e& D. E6 z. ^$ J+ l, R ![]() 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:' B. ]! ^+ ~' {3 d1 \: r; R7 j ![]() 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 8 t2 @7 s. E/ M# ?) O Q' D' @ 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:4 x w* {" L) p- U) } Tcovn=采样时间+12个周期* I1 D$ `8 [) |7 D8 Z 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 _# K" W7 s0 r6 h) @8 ^0 t 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:( I2 ^! L* J4 e% I ![]() 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。: U9 r; |. X" n" n# A: \8 y * M7 M& R) k2 {, E 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:: ]( a1 O# N3 E- m4 G $ x4 j; E, b! _ ![]() 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。# _4 ?* p- ?, }9 C* a% w# } 4 v) y$ S. N3 J 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:" Y* d" o# G' D ?0 c- C% t2 E- s" r * ]. F. U3 L$ P8 c- Y1 b ![]() 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。 ) {* U' ^) c b) b; _ 2. ADC库函数应用步骤# t& x( U8 v) [# q( S # S2 B3 j8 C+ t; }' H+ I 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+ k/ N3 x1 \" _ @ # w2 I4 j: H" ~% Z5 Z 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:) Y# C, D' Y: G " b& E% K$ A1 I) Q RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟. o, D! Q$ w( E3 F# f" H1 r. r& u + {$ O5 g& Z2 Y& [ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //使能ADC1时钟+ t/ u$ |' i% ]' b- S( F ' A$ y: ~% b* A/ `. |5 C$ v1 D 初始化GPIOA5为模拟输入,方法也多次讲解,关键代码为:4 C) ^5 I7 \1 O) ?1 K 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: ![]() 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: ![]() 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/ k0 w3 f8 O3 ^ , y" T6 ?& f% v3 I 在库函数中,初始化CCR寄存器是通过调用ADC_CommonInit来实现的:6 h+ O* q8 w* M0 a! Q$ Q2 y% y void ADC_CommonInit(ADC_CommonInitTypeDef*ADC_CommonInitStruct)& O* [! K0 E ?8 R 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: : ]+ } W1 J7 J% L ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode =ADC_Mode_Independent;//独立模式 4 \6 u& c, \+ }( _& X1 C! Q! P ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay= ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;. i; G H8 F- O9 L! c3 _. I : C* T$ t' o- W" u4 v+ s ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled;& {! J7 D6 i% m( Y% L6 L; ] % m3 p6 Y& Y/ R6 u$ o ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler =ADC_Prescaler_Div4;# _# `$ ~2 ~( A1 l. M% ^ ) c) G& M' k' j* P; W+ n) a8 Y+ o 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。6 y# M; o O4 s% F: Y* Q / f4 |! c; u" Y" \1 s! }8 ]8 B" N 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。 第三个参数ADC_DMAAccessMode是DMA模式禁止或者使能相应DMA模式。$ O. @4 ~" q2 q% a/ U ( a" z0 z, P% R: r! O 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。# u. W% S8 ^3 |/ m 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。 # |0 {; Q# y6 R/ Z 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) 初始化实例为: ADC_InitStructure.ADC_Resolution =ADC_Resolution_12b;//12位模式 g* E5 K) R* y2 k0 j- k& h 0 h+ U$ W9 l3 S$ z% r! Y; F* e1 g ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =DISABLE;//非扫描模式1 R8 F) J) ]6 ~; F% a # e, p* i H1 v+ z$ | ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE;//关闭连续转换$ Z7 d4 H$ E! L) c+ [- g6 s ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge= ADC_ExternalTrigConvEdge_None;8 }" F) ^ h9 |: H: M/ j //禁止触发检测,使用软件触发% H0 \2 P# w/ f9 Y 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* d- c4 z5 V/ _' M I; F/ x 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,' J0 A% A* B/ J" f: g. 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。 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。 I1 p0 u$ o4 ]0 Z0 J 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0 a6 y \# J' v9 K- D + F7 h8 T3 i% \. \7 c/ \ 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。' \; y* Y; |$ J+ q- K% V t* J9 ^$ Y* 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。: g8 K& M! D( T- Y, m4 F& Z 4)开启AD转换器。: z! v4 T) D* O. m; L! h- }& O 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, d0 s1 @3 {. E# _5 m 5)读取ADC值。 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 k1 b! t! Y" @; g9 k( }7 t8 X$ i 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, * w0 W' |1 n1 m P5 T1 u uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);8 f5 \4 U$ U* d0 [ * d0 F+ [2 ^/ d8 ~7 e6 f 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:4 I$ H$ h: P0 O' V+ i ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_480Cycles );5 G& v9 N |* ?$ ]3 ?4 ~+ `: z1 X 软件开启ADC转换的方法是: * X r0 d# W, R9 Q% x ~ ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能- z) K5 _! M# R0 q0 q1 W- j 8 O# l5 ]9 g% @- Z5 K% n6 V8 p, I$ v 开启转换之后,就可以获取转换ADC转换结果数据,方法是: m% e/ H7 s- s% K/ V ADC_GetConversionValue(ADC1); ( w$ t7 w; t$ ^) i 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:; M9 j4 D6 x4 r- X FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_FLAG); M. X' W' O& j% h $ o4 h2 N% f+ \& r2 P9 ` 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 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。# \, s/ U% `4 l% Q3 C ' z P) F" I8 ? 本章我们的参考电压设置的是3.3V。- V: d8 X4 A1 \7 s/ g$ w 9 S5 d6 O9 u/ Q b 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。( Y& \9 A6 C% Z3 R4 i 8 L) t/ z1 Q1 z3 o5 y 3. ADC实例 实现采集3.3V电压和GND电压,用串口打印出来 " S0 h3 P0 O! M Adc.h
$ }6 }9 `- f2 A( }( Z & g5 S1 y5 A0 T. P1 F2 F " n1 A3 F% h, H3 B" g/ u 转载自于忠军 % k0 [; o% h3 n |
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