
1. ADC简介 & d' y) A1 Z0 X. @4 [* z 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。 # D# h3 z+ s8 m h 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, F a i n5 X/ @/ r, u & Y6 M7 k# U' d, H 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。/ h% c. g: C, x% ~0 h& Q 6 A1 L4 Z, D4 A7 v. 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。+ ?, }; _9 c6 f6 ]% [2 j9 @% h j( d 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。& Z5 l2 z/ J* Q/ Y. c 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。 ! Q1 P9 Z0 p+ |$ j; u/ `' j 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 / M+ o9 B& n$ l 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:2 N- N+ h* [0 e! P 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。8 D. @ T5 i5 y3 g7 i0 [7 j& X * |0 x. G; m) p- R 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: z) v0 ?# j- l/ f0 b9 p/ B ( G6 n# K0 X* p: ?# U+ y ![]() 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:+ ?6 `2 r, x+ C6 |- y0 p 4 k: @4 S9 a( S, }" K% z ![]() 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。( S9 Q m& x9 V3 d0 d. \ 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, n: _5 E8 Z7 b c: \' K$ A) U j O6 b; c6 o ![]() 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 D, J, O$ B5 s2 x: ^- i + @; H. r# C) I4 D; |5 q 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: & B( G0 a, \* p( a- d ![]() 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:$ Q8 C$ E0 A) ^1 A O4 @ / j# @1 k. M: 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- A( H- G0 _8 b9 e 9 H8 E% u) ]* V1 ^/ 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:/ U! I- R6 J6 d ) i8 M3 x" ]! k- M# |3 U ![]() 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: 5 e7 h8 l* f% i" P* U Tcovn=采样时间+12个周期4 t' m+ c+ V+ J" Y6 [" x! T 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。! R4 ?8 I9 q. ^ k) c9 ` 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:% _# q% ~, i; d7 }) r ![]() 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。 9 y- t7 l' {# x6 V, N& m6 t- \ 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: ' s6 d3 P3 P0 S0 E: X- L ![]() 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。7 @7 T+ ]/ m' G- U* `* |. 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: ![]() 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 l2 @/ e' a9 p& N7 L 2. ADC库函数应用步骤2 R, L' U; r4 t5 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% f' b; { G- C( X" Z, T3 A & L0 [( j! c m 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: - G& w$ x; Y3 \7 S* P; y- w RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟 , l" Y, X5 }5 R3 l, H3 ? RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //使能ADC1时钟 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 % K- ?0 w( Z+ u& J! }9 [ 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: 6 V' e& J J7 h7 m ![]() 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:( ?! V! Q% X. w ![]() 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。1 I/ E! X/ `8 x3 s$ j 在库函数中,初始化CCR寄存器是通过调用ADC_CommonInit来实现的:1 _8 J1 i9 G$ |& p. F ) p/ q4 X ^5 l- d# L void ADC_CommonInit(ADC_CommonInitTypeDef*ADC_CommonInitStruct) I) o* J. r6 W! c! T+ O8 e+ _1 g 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 \4 `+ s! C9 D3 b ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode =ADC_Mode_Independent;//独立模式 ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay= ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles; ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled; : N) C) Y' I+ G* Y; A" }9 [ ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler =ADC_Prescaler_Div4;. L, g/ w3 S/ ?9 m 2 v! i0 @9 P$ k z ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化- J) ~* s( D S! H4 ]9 n; ? K / r. `" M- F5 k3 _' P, @) s I 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。 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。0 W* E; \3 s7 l7 r* d 第三个参数ADC_DMAAccessMode是DMA模式禁止或者使能相应DMA模式。5 g4 o) W7 [6 W3 ? ) H5 C5 g, L: ?0 ?, O8 H* 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。+ q6 z1 m0 _* z& `; I; i 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。 7 [+ w$ f2 |% U9 ^/ P, o. t% ~1 C( t 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) ) V% ?& G. U% c4 z 初始化实例为:& X. j0 P$ `8 x* _8 u% ` 2 S2 Z" m- k* j; K% ~ ADC_InitStructure.ADC_Resolution =ADC_Resolution_12b;//12位模式 1 C9 w0 }& j& k7 i" j$ Q9 W: e ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =DISABLE;//非扫描模式 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE;//关闭连续转换9 ^- ~( w& d, ^- N. {9 _ ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge= ADC_ExternalTrigConvEdge_None; & B; s1 U0 H$ `$ C //禁止触发检测,使用软件触发) w% j5 u* |" b# D# h4 ` 2 N1 _, |; w& o& [ o4 B4 z+ J) z 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 6 `/ J I& I9 O: |: e4 q- p 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, ADC_Resolution_8b,ADC_Resolution_10b和ADC_Resolution_12b。1 l$ Y! g( D" G# j3 U & x) d# K4 b- [0 k 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。! b4 ?3 [6 @1 a0 d; ]! N 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, L \1 v1 b 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。 {! g& w3 {# T! D) @0 O* E 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 X- d5 C# V7 f5 i 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。# {! w* j2 V7 D0 L + }+ I/ y9 t" i# F8 V% ]2 T 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。! F* R# x6 E5 M4 m0 M( \% R2 D - m6 X- N" I c# \+ k ~3 D 4)开启AD转换器。- [: b: U! T* f& B. [ 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)。 j3 R9 V; g0 Q W; R: ]0 i" x0 [& U ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器; B! Q! V0 \9 u" m. h . G# H9 y0 a6 Z/ I( g1 Y! | 5)读取ADC值。, n( ~9 b1 ~! g7 X6 j8 }/ e 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 [4 D, t4 d1 O( N% q9 ^5 b$ B9 [7 s 这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是:8 p: f( p2 z4 w! z: K void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_Channel,) }4 F3 H' F7 _3 y" M% x/ l & s! ?: c. L6 D6 ^# \2 H e uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime); 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:0 n/ n+ U+ W4 X& V! s $ {" x* T8 F/ }! G ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_480Cycles ); 软件开启ADC转换的方法是: # q8 S+ R/ S$ Y ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能 " v8 y. ~4 ~1 z& d 开启转换之后,就可以获取转换ADC转换结果数据,方法是: ADC_GetConversionValue(ADC1); * M1 X1 f1 `4 \3 ~( a5 D 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:0 \9 v; {0 h* e% q FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_FLAG), `" o) P" P$ O; N' n' u. }1 q$ H+ ` 比如我们要判断ADC1的转换是否结束,方法是:4 y6 ]# _8 b% C2 W6 ~ # ?3 Q0 w5 R. D9 B2 ]* o 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。 ) a9 j( E; j3 _4 L% D# u8 j" Y 本章我们的参考电压设置的是3.3V。9 a7 @5 e5 F+ w+ U4 m7 A 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。 s9 ^- s4 u2 `3 N* z6 _5 m 3. ADC实例 实现采集3.3V电压和GND电压,用串口打印出来 0 v% Z& H+ r5 h6 a% o Adc.h # M# U' ~* V8 W% }9 O
1 `3 r$ Z/ Z* M. F$ v 转载自于忠军, Y5 W6 a; t. {* q P& e0 K8 W% a |
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