STMCU-管管
发布时间：2020-11-9 13:39
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, O# j7 m' w, D" b) y2 R - a) A) w4 y9 Z& x) V0 Y: ~0 A 0 ~% D+ M m+ p! \( v3 Y/ N& y 问题% s; J2 `. R& n 今天在使用 STM32F407 的 ADC 时遇到一个问题：ADC 的参考电压都是通过 Vref+ 引脚提供的并作为ADC转换器的基准电压（部分 MCU 没有 Vref+ 引脚）。当我们使用的 Vref+ 是直接取自用 VDD 电压时，当 VDD 电压波动比较大时或稳压性能比较差时，转换结果自然就不准确了！ 供电方案1 ^1 Q. t% h% [" y5 l MCU 的参考手册都会有一章节单独介绍 MCU 的电源管理，针对不同的 MCU（封装不同等）其外部电源如何连接也是有要求的，我们在 MCU 上一般都会发现如下引脚： VDD = 2.0 to 3.6 V: external power supply for I/Os and the internal regulator. Provided externally through VDD pins. VSSA, VDDA = 2.0 to 3.6 V: external analog power supplies for ADC, reset blocks, RCs and PLL (minimum voltage to be applied to VDDA is 2.4 V when the ADC is used). VDDA and VSSA must be connected to VDD and VSS, respectively.' `$ h+ S2 v$ \' M VBAT = 1.8 to 3.6 V: power supply for RTC, external clock 32 kHz oscillator and backup registers (through power switch) when VDD is not present.4 ^% T- ?/ {% n& S- u VREF+： 正模拟参考电压输入（部分芯片没有个引脚） r- ], T& s, Q# @0 k 下面以 STM32F1 和 STM32F2 的 MCU 比较来具体看看; M$ V. y( ] n& |: i 供电架构如下图所示：+ }7 \7 }5 H9 _2 Q) e 
不同的供电所管理的供电域 
供电电压 
VCC： C=circuit 表示电路的意思, 即接入电路的电压 VDD： D=device 表示器件的意思, 即器件内部的工作电压;5 v& z- v1 W1 U' B3 I* G0 V2 s8 j VSS： S=series 表示公共连接的意思，通常指电路公共接地端电压9 T" Z0 V" }; B5 O' H* y stm32 的 VDDA 和 VSSA 不能悬空，复位模块和RC振荡器需要 VDDA 和 VSSA。否则无法下载程序！) \9 W7 P! @/ A; X7 b) Z } 电源引脚连接 VDD 引脚外接去藕电容连到外部稳压源 一个最小值4.7uF、典型值10uF的钽电容或陶瓷电容) x9 e! h3 p- t; P) i 每个VDD引脚再接一个100nF的陶瓷电容7 N" P/ R8 a( E& _' ~( J Y VBAT引脚外接电池。若没有电池，推荐通过100nF的陶瓷电容连到VDD引脚( }( K4 y0 e$ @; Z/ a/ ^ VDDA引脚外接两个去藕电容6 m4 y9 Y0 q. ^! }6 W* q/ q, y 一个100nF的陶瓷电容 一个1uF的钽电容或陶瓷电容 VREF+引脚连到VDDA 若有单独的参考稳压源连接 一个100nF和1uF的电容) Q2 Y# [* L$ m+ u# M+ C) x: Y VCAP1 和 VCAP2 通常只各连接一个2.2uF的电容 特殊封装上，可外接1.2V电源来旁路内部主电压调节器! h# \, S1 g! y6 p/ N: y3 x6 E2 v' Y- \ 
ADC的参考电压 z, T+ H8 ~$ p$ _6 [3 s 在部分MCU的封装中，会有单独的一个Vref引脚. l4 g% G6 F# n7 x+ N' w 
我们可以把外部基准电压芯片（例如REF3133，输出的电压是标准的3.300V）连接到Vref引脚。一般100脚的STM32 MCU（如上图STM32F4）都有VREF引脚。; c- I: F9 q) N' U: L 对于100脚以下的芯片，STM32没有把VREF引脚引出来，所以，我们只能把基准电压芯片连接到VDDA引脚。注意，STM32单片机上面有好多电源引脚，其中有若干VDD引脚，只有一个 VDDA 引脚，VDDA 引脚就是模拟供电引脚。不过，需要注意，VDDA的电压不是随便定义的。例如，STM32F051系列单片机就规定，VDDA必须要大于或者等于VDD才可以正常工作，所以这时候，最好是给单片机3.0V供电，再给VDDA采用一个3.3V的基准电压芯片供电。 
内部参照电压9 y0 C, Q# f) L* k7 u F" H 以上两种方法都需要外加基准电压芯片，在实际应用中，往往是VDDA引脚和VDD引脚连在一起，都是由电源芯片供电。这个时候如果要提高ADC转换准确性该怎么办呢？3 O6 ]# H! X2 {6 f 在每个MCU的内部，都有一个叫内部参照电压的东西。关于该部分的介绍，位于对应 MCU 的 数据手册 中（不同MCU的 数据手册 介绍有多又少，同样是STM32F0的 数据手册 介绍更为详细），如下图：' ]0 j5 N' C! O) ]+ C# C2 S 
内部参考电压在芯片出厂时已经校准过精度了！且不同的MCU是有可能不同的！其厂内校准过程是在外部供3.3V电源，将采样内部参考的ADC值写入到固定的内存中去（如上地址，不同MCU具体位置可能不同）！而我们就可以利用这个来校准自己的ADC。; D1 u. T& e4 y0 I% R- T STM32的ADC内部都有一个参考电压引脚，可以通过配置，把这个脚连接到ADC输入引脚，是内部连接。然后再计算实际的VDDA值。MCU不同具体链接的ADC引脚也是不同的。下面是STM32F4芯片的参考手册的说明：, Z7 a+ i" u3 h/ {* y 
这样我们就可以用ADC实际采样，得到VREFINT的采样值，然后使用上面的校准值进行计算即可！ 关于使用内部参照电压的具体方法，只有在STM32F0x芯片的参考手册中才能找到，其他MCU的参考手册都是很简单的几句说明。5 X* `' H$ q# V& g a 
更进一步，在计算其他通道的时候，我们就可以使用以上计算的 VDDA 来作为基准了！ 
需要特殊注意的是，在不同系列的芯片中，以上是有区别的，例如以下是 STM32L476 系列的 
ADC转换时间2 }: m3 Z. b) v+ _0 }# x4 [ 在使用上面的方法时，必须要特殊注意ADC转换时间。否则采样值将出现较大偏差！先看看每个通道的总转换时间公式：每个通道总的转换时间 = TSampling + Tconversion TSampling可配置：SMP@ADC_SMPRx，需要和外部电路的输入阻抗匹配（在对应的数据手册中会有详细说明） 
Tconversion取决于转换精度：RES@ADC_CR1，降低转换精度可提高转换速度, |: q8 L& H. E; a1 C6 {. Q2 W 
ADC总转换时间为：Ttotal = (SMP + RES) * ADCCLK SMP：采样时间，需要和外部输入阻抗搭配4 D$ g9 ^- \0 s- p7 j1 ^ RES：转换精度，降低精度可提高速度. b( |6 j5 m8 s& K" e, M+ z# |3 z ADCCLK：ADC模块工作时钟2 s# x8 w- @* }8 r; h5 ?: h ADCCLK = APB2时钟分频(2,4,6,8) ADCCLK最大值还受限于工作电压( |6 x2 {* C! z- T9 r VDDA=1.8~2.4V fADCmax = 15MHz$ v. s4 O. y" U' c2 |; C VDDA=2.4~3.6V fADCmax = 30MHz 为什么要说ADC采样时间？因为上一节所讲的方法，对于采样时间是有限制的！！！3 R5 Q1 v9 X6 `! P/ b9 \1 A 温度传感器8 G+ l8 ~( h4 Q( z* o 
Vbat4 v' g+ E3 t( @$ N% j7 L 
VREFINT 
关于采样时间需要和外部输入阻抗搭配，参看下图和对应的 数据手册9 c# F9 {" f! X; Z5 X# { 
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