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【实测教程】STM32L431之ADC实验

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STMCU小助手 发布时间:2023-1-13 19:00
一、开发板平台简介:
0 u1 ~) j* \! R# O3 E( C% M% \1、开发板资源简介
6 Z3 O* E5 H, E+ U, }
(1)开发板主芯片型号:STM32L431RCT61 B  s' N# n/ |
(2)开发板主芯片封装:LQFP-64_10x10x05P
9 s6 Q, e' m$ @: l1 [(3)开发板主芯片内核:ARM® Cortex®-M4+ S8 R; t! a. u3 l! w4 B: i! P
(4)开发板主芯片主频:80MHz
' V, E$ |7 o) k: p5 C(5)开发板主芯片Flash大小:256KB/ P" I, v4 h  ^% q' h/ [( C: @
(6)开发板主芯片RAM大小:64KB
$ V) q9 c  p# `& d6 n6 d6 S
6 F8 ^* {- h1 b7 [
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: L7 {$ ~% N8 V9 v: \' \3 _5 @4 Q$ k( g1 [# @3 J
929c0cce04aa4115a8623703982bf3e1.png ( S( ]6 f4 p% D7 }4 P3 d" q4 l; [

3 E0 d% ?+ C% ~" F: n3 P% j2、LED灯资源/ `* i4 z. v* R, k: K3 ?! k
(1) STM32L431RCT6开发板共5个LED灯资源,其中一个红色LED为系统指示灯,指示开发板供电系统是否正常,如供电系统正常,红色LED为上电常亮状态,硬件原理图如下图所示:' r1 \2 H0 F, N$ D  |2 }
$ T& b+ K% Z; {( @
0f177691c5814f16a508bcfa747f87ac.png 9 l8 E. M7 z% Y6 i& B1 @  L

$ l" ~) }1 u5 l+ H, N

$ c! e1 T, Y% _% O4 H7 H(2)其他四个LED灯为黄绿色可控LED,高电平点亮、低电平熄灭,计划用LED常亮验证看门狗的作用,硬件原理图如下图所示:
' [& N: E/ e9 I/ g1 j) o5 d* y8 W, {" K+ H6 ^. |
e923ad767b8448b7ac37c4ed693724bd.png & y: g; ?) F  o7 r7 `

+ i5 G2 n, X: \. T. F4 m4 E2 g​3、串口printf打印工作原理
9 l* R) d3 \7 t, ]8 j 串口全称为串行通讯接口,即数据在通信线上一次传输一位,按先后一定顺序传输。我们通常所说的单片机串口准确来说应该是串行异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART),使用TTL电平,串口需要RXD、TXD、GND三根线进行通信。
4 L2 r. x$ V! O1 g$ h% Z     (1)我们选用的STM32L431RCT6开发板串口1已通过USB转TLL串口芯片CH340G引出,使用时,只需要用公对公USB线连接电脑即可(注意也得需要安装CH340G驱动),后期验证试验也可使用该串口作为debug串口。2 A5 G1 C2 `6 ?" e8 P
, `3 H; N, Q8 ~5 D
     (2)开发板上的其他串口已通过排针引出,为TTL电平,通信的时候需要注意选择对应的电平模块,如USB转TTL串口模块等。/ ~) t1 n* c& X6 U

2 X/ f* T8 C9 D' jTTL转CH340串口,硬件原理图如下所示:
6 j9 _2 _8 ^6 n7 }+ d1 ^0 e/ |' ^9 P( U  ~' d1 i5 S' |
4df1b489cb944c26b55013001061675d.png
6 D5 N7 o+ n% R0 F' R6 @1 x- f4 o: P2 O- }0 l
' ?4 m" S( d7 ?+ ~4 F$ Q
4、ADC简介:
8 j$ c- l8 D; V/ ~: H# wADC全称 Analog-to-Digital Converter,即模拟-数字转换器,可以将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号,进而使用数字电路进行处理,称之为数字信号处理。- R4 [& R0 t, q: ^
1 e  ?. V9 K6 l$ w$ g8 k5 ^) e
STM32L431xx 系列有 1 个 ADC,ADC 分辨率高达 12 位,每个 ADC 具有多达 20 个的采集通道,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。
: L5 z: Z% J. n; ^% ]. t9 l9 J: P/ ]9 z8 v& _2 G7 S8 Z4 `
STM32L431 的 ADC 最大的转换速率为 5.33Mhz,也就是转换时间为 0.188us(12 位分辨率时),ADC 的转换时间与 AHB 总线时钟频率无关。
/ W! S. X4 i" l6 w8 ]3 E& B" R7 Q8 D! h
3 |5 x7 i4 f+ X' c# q; ^
! s  w1 l$ X$ [5 o
  二、ADC实验过程5 {0 G0 t3 K: l2 z- W9 E  n
1、新建STM32CubeMX基础工程
9 R% W6 B  n8 `
(1)打开STM32CubeMX,点击“File”-->"New Project"( [) g, a( v0 v( j
; j6 d) Z8 ^' g$ i7 A; `9 G9 ]) N
2399170347904e959c855fefd5877f84.png & o0 M; s6 r! s; A0 o

! M( \4 E- ^( s( o(2)等待打开主芯片选项界面(大约1分钟时间)。- Q7 ^* }! C" r  O3 h* ?% g& ?9 j. w

5 k9 M- v1 Z" [! e
d74d2fdc60c9440483e2b7cf8d928e7f.png
- b' L- a" ^2 C  k: `  I3 T
. M8 a9 x, i) K+ z(3)昨天搜索框中输入(或选择)所需的主芯片型号(因为我们用的是STM32L431RCT6开发板,所以此处选择STM32L431RC),然后在右下角选择STM32L431RCTx(因为开发板主芯片是STM32L431RCT6),左键双击即可打开新建的项目。" M/ e) w# E* {

, w/ Z* L+ k. E6 K: F1 @! p) Y
7b80345238d74bea82ce70e1a348f7b4.png
& o, e( x" ]& `- H& {& [  K8 P% Z. _( Z/ W$ r
(4)选择时钟源。
! [1 ?5 I5 l# B$ @: h) [4 u  u& W2 g(1)因为开发板上有8M外部时钟,硬件原理图如下所示,所以此处选择使用外部高速时钟(HSE)。
: a  j5 k& m$ F/ ?) R9 j. `+ K& I3 k" L
3f65707eca104663a3dede6d25dfa961.png
+ L4 `& k8 Z: D, ]: F/ g2 e: q
. o3 Z1 [6 ~8 o8 V, J1 A4 H
(2)因为我们没有用到外部低速时钟(LSE),此处不做处理,如下图所示。9 }% D( @9 W+ i1 M5 [( k
+ a( A0 o! W9 s, l
72119b971f62410fa8344f7f9fb9f389.png
. M5 Z, ?# Y$ |5 Y; P* k6 o- K9 [3 @
2、配置GPIO控制LED% Q7 [9 D' s+ Z8 t2 v+ A6 T
(1)查开发板原理图得,LED1、LED2、LED3、LED4的控制引脚分别为:
+ G% r8 j( |/ ?* b: K+ ALED1——PC0
: f, c& W' b  B" {0 j  l* mLED2——PC1+ Q3 w" Q4 l. f' I4 R# H1 I
LED3——PC2
- M6 E- b% x4 xLED4——PC3( n. r0 S; h* Y9 |

) X  {; U  X% U6 s* b& d$ g/ S(2)配置LED的控制引脚为输出,输出频率、输出方式默认即可。
2 p( r. e; N; B0 }鼠标左键点击PC0,选择“GPIO_Output”,表示设置该引脚为输出模式。6 o9 \2 A! |* B' I1 X0 I6 l
鼠标左键点击PC1,选择“GPIO_Output”,表示设置该引脚为输出模式。
  K2 g- V! g- a7 n; K; j- F8 t鼠标左键点击PC2,选择“GPIO_Output”,表示设置该引脚为输出模式9 [' w& G8 d4 K' S' x
鼠标左键点击PC3,选择“GPIO_Output”,表示设置该引脚为输出模式。% `6 `5 W$ d; Z% q1 ?

8 K- t8 i1 j% C
492907c1e71149819adbaee4516a2af4.png
& Z+ h- C. m3 t- @4 ^* Z- R, ^' E
c75d3f10ba2e427d9c1a10fad9bf5471.png
% R$ O5 a2 F- c3 ]+ D- _2 g) T
) W  E" u+ V2 |! ~- n: C% d& ~. _
(3)也根据自己的需求配置GPIO的参数,如输出方式、输出频率、上拉下拉等。因为GPIO控制LED的要求比较低,此处采用默认参数即可,不用修改。+ c/ x5 f  Q1 R% u$ }3 ]! X

8 T+ z6 ]2 Y6 M+ F' ^: H
38ff4b80e1c5495ba3076a5158fd91fa.png 1 N0 |" m" _0 ?% M
+ w5 F4 ^& `- r& x7 o" `# ]# m
​​3、配置PA9、PA10为串口* a) K4 u' D4 ?. v  ~0 J
查原理图得知,串口1使用STM32L431RCT6引脚为PA9-USART1_TX,PA10-USART1_RX,引脚设置如下:
  \3 l0 ?/ R" U/ {! N6 @# L5 l# P+ e! A- W
497b8ee0243e446784e64a3c31e8a26f.png 9 ?# g* N  k8 U6 \6 x

0 t8 T! X  X# _. c# M

$ d& i- R. h- N8 }% A2 F4 q+ m (1)序号1用来设置串口收发引脚的选择。
6 E2 x' O3 J* T4 S) G(2)序号2-3-4-5-6设置串口参数,如波特率115200、8位、NONE无奇偶校验等。+ N( O4 Q" q# I( f" r0 D
! `+ Q; N! m9 z( T. y6 r% b5 g# n
4、配置ADC(单次转换模式)
/ D* N4 V3 e! F9 u. W(1)ADC简介:# g9 t0 n/ E- d# Y! P  U
☆ADC全称 Analog-to-Digital Converter,即模拟-数字转换器,可以将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号,进而使用数字电路进行处理,称之为数字信号处理。: t$ ^! U) w3 @  @6 s, G8 x1 @
, {# S3 s4 h# ?& z/ H) U
☆STM32L431xx 系列有 1 个 ADC,ADC 分辨率高达 12 位,每个 ADC 具有多达 20 个的采集通道,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。
0 A+ v) p' Y4 P. H
% C8 P% I* J" l
☆STM32L431 的 ADC 最大的转换速率为 5.33Mhz,也就是转换时间为 0.188us(12 位分辨率时),ADC 的转换时间与 AHB 总线时钟频率无关。1 O- C; o2 y/ y; I
" P5 V# L+ i( y, x( k
(2)首先选择ADC1,开启通道9, T2 `8 m9 F8 `( C9 k- k5 ~

9 |! ?% a; N+ D
f31d2998798b4294a5efa1cda1de7c31.png * V, Y) @& G( T1 d
6 y3 A+ `( i- s. j
(3) 进行ADC配置,这里保持默认即可。
# S! q1 Z. V; T0 K
4 T- v$ P7 f  P9 p6 _! L. F
01e7319ac29443dda07463a86cb4343e.png
. X7 i6 p$ A7 x7 s' ^2 m8 U2 P; e! O$ T
(4) 配置ADC的转换规则,选择channel9
0 X5 x1 O/ p# S/ s  d+ w+ k0 p6 X7 p6 X% d4 y/ [) U

4 L  V2 Q* u; O" {% g6 D4 B
5 T1 ~/ [, d7 |5、配置项目工程参数
, k4 k: {; [5 y, W5 ^# j* U0 D(1)配置时钟树,用于系统内部时钟,以及各个外设时钟等。此处选择外部8M晶振作为主时钟频率,内部最大倍频80MHz。" w, ]) j5 S. i9 `9 a* u
  R4 q6 `# ]$ S* |) r9 o3 W8 c
f3ecedd9323f4463b69539906b3c1199.png
3 ^" e8 l6 |0 y! u9 l/ \' r
  f8 i) N3 _, L( z# t1 r) z) S' N- j
(2)完成配置工程。+ Y. X7 _2 X& F- G  c8 L
备注:需要注意代码生成过程中的继承关系,如图所示:需要保留开发者自己编写的代码时,请根据配置设置,不然生成代码后会删除自己编写的代码(从这个方面也可以看出开发者备份自己的代码是多么的重要。)
4 h3 H  s( ]# V. l; g+ i/ k- N% F2 ~: {
efdb616174f54925b6eac31109f227b5.png + ~/ P1 W. M) F4 i; [8 I- Z/ j
​​
% @5 E# _/ p1 c  \ 41c3f2716e4e4eda8f62fa3a1d871322.png ( E/ ]  Q( N6 F; C/ s! |
(3)生成代码。4 k/ Z% a4 D5 m$ P, ^0 J* S* E
备注:使用Generate CODE生成工程代码前,请确保文件路径无中文,否则会生成项目失败。/ _# i, ~0 n. E$ G# f) C* @

) B, a1 n7 Q2 H2 g
8eaa7d0babea40ee93f158481a6ee471.png 6 g9 u3 A0 Q3 w1 y

6 v/ a) D$ D7 z) t6 P& q  V" X(4)工程代码生成成功。
. _: D# g8 |/ \3 r4 m+ d
; I. {0 p- \0 w8 |! [/ W! x6 G8 _& e
e8f46d59a1fb4af589feb613fdff17b4.png
! N* F3 i) J' q: H0 I. U& ~% V, i- J5 w" d
8 j9 h0 y: \: S  w+ {# M# _' ~
三、在KEIL 5中编写代码
" t- W5 v( ?$ P: h9 y: D1、使用KEIL 5(MDK)打开项目工程文件* ^% B$ C5 Z2 \
源码使用说明:使用前必须把项目工程复制到无中文路径的文件夹下使用。
* v6 Q( v- C% O(1)找到刚才新建工程的存储路径,安装项目名称,打开项目工程.uvprojx。* ]( ]1 ?3 h( a/ n) Y

; W2 ?* x  t5 n* i5 E
048bd5008312422bab9ef3bfe37d762e.png 3 [$ V$ Q& m/ n" ^4 d/ q" y

9 s" J0 z1 W2 `2、添加ADC获取验证程序
7 x3 y, A+ C' x; f$ Q(1)main.c文件中,初始化LED1、LED2、LED3、LED4默认为点亮,并在while循环中添加控制程序,如下所示:实现每隔500ms后LED1、LED2、LED3、LED4点亮和熄灭之间反转切换,并且串口每隔500ms打印一次。
" m' O- z6 N% Q! n/ c6 Q- [! e: Y( ^
0 _3 P( w* u8 i6 q5 c# l" Y备注:自己添加的代码需要在 /* USER CODE BEGIN 3 */和 /* USER CODE END 3 */之间添加,否则STM32CubeMX更新代码时,会造成自己添加的代码丢失。
! |+ g4 _' \& X* Y! z7 \& j6 f" n. X& T6 T
d1194af353cd4b0b88cd9208b1ac7db1.png
( @8 U9 D& v8 p' m
' `- h, r, J$ L# W- P 178a631ceb1b40769861cfa141087495.png # o5 e/ A: [3 s$ H* o( U/ G$ ?

5 V: w) G5 a* ]" a- _; f) V$ v4 [(2)在main.c 文件中添加ADC获取以及打印代码,如下所示:
% Y4 M3 F% K' N+ |1 a" @7 I" ^0 r$ l( Y4 L
76308de291b64abbb6c092cd71e77e49.png ' U( Z7 p, m1 Y8 G7 j

% d% R5 c. X, S# C$ e/ p; J# h% T/ P
  1. int main(void)- K$ F! I" C" h. l4 O/ K
  2. {
    & t' e1 H" ]4 k3 e! O+ m, O! b* ?4 R
  3.     /* USER CODE BEGIN 1 */$ r* N1 I& @. `; {! u( j
  4.     uint32_t ad_value=0;                    //初始化ADC获取值
    / y* ^, n. p# }0 m( S
  5.     /* USER CODE END 1 */
    % n+ M% G. b2 i! R3 {" S

  6. 4 p, O8 \, U( M6 W! f
  7.     /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
    ; k7 N6 f& O) K3 M, ~2 X
  8. ; c! A6 w2 @' a: P" S: O$ M
  9.     /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */* H7 z  |" m, x- W! c8 ^' R7 F4 S
  10.     HAL_Init();
    + O7 D6 o; P1 J
  11. ' M5 m. H- \7 ?: A( B. Q
  12.     /* USER CODE BEGIN Init */) h% |. V0 v+ G: K) G
  13. # ^* T" X( c3 i6 \( v# [4 t
  14.     /* USER CODE END Init */) ]" B  p' K, c1 r" U0 j
  15. ' I( y9 c5 e. f
  16.     /* Configure the system clock */
    * \5 ?6 [1 W5 g: `2 C) J1 `3 v
  17.     SystemClock_Config();2 c1 F# Q- m5 ]( R0 i
  18. + q, h7 z6 q! ?
  19.     /* USER CODE BEGIN SysInit */* n2 S  p, }1 B! F% @3 e- K% B2 R8 C

  20. : E4 _7 \# P4 S- q  M, F
  21.     /* USER CODE END SysInit */: i' R. H0 n3 u2 r9 A

  22. 4 P* B; `' m9 h! Q) P  ]
  23.     /* Initialize all configured peripherals */
    + w" b+ v/ L$ Y. V" C9 }
  24.     MX_GPIO_Init();
    5 k0 @6 P) w, ?6 y3 E' d* |1 Z& C
  25.     MX_USART1_UART_Init();! V) x) @0 ~5 Y. _3 \
  26.     MX_ADC1_Init();. C) k  @' C, L, _; `+ _
  27.     /* USER CODE BEGIN 2 */
    ) P  c0 I' {  c1 R0 x! I& R
  28.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);        //初始化默认点亮LED  i" S4 f2 z; h. e
  29.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);        //初始化默认点亮LED
    / ~9 k& u3 I# X! T4 s/ H
  30.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);        //初始化默认点亮LED: ^# l9 M: g% K6 i/ N" H
  31.     HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_SET);        //初始化默认点亮LED
    8 |9 I: E1 M3 M8 a% o, ?# a
  32.     /* USER CODE END 2 */
    * v2 _; R& a, G( v' D

  33. , n) v" H' I/ w. t9 C1 }9 H$ g
  34.     /* Infinite loop */: [: Q$ D6 P+ W
  35.     /* USER CODE BEGIN WHILE */
    " Y7 j0 ?& q8 M
  36.     while (1)
    " P6 l0 E# h+ m8 T6 z/ ^
  37.     {
    . V2 p6 V1 _+ n) q
  38.         /* USER CODE END WHILE */( N# v9 S- f7 }6 b4 g

  39. : \' F) Y2 A3 H# ?/ j7 F9 R2 T
  40.         /* USER CODE BEGIN 3 */- [2 \% m$ ]) V: o
  41.         HAL_Delay(500);
    + Y6 m" f" l9 _9 k2 v
  42.         HAL_ADC_Start(&hadc1);                      //启动ADC转换% X, r& g& W% z7 M" f( V) |" u
  43.         HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,0x10);     //等待转换完成) |5 q+ C% |* n, K' d
  44.         ad_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);            //获取转换值
    + s* C. Q) _8 U6 |- q! A
  45.         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);                //反转LED灯
    5 k* L! d% w% _8 {
  46.         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_1);                //反转LED灯/ u$ S: t: R$ k
  47.         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_2);                //反转LED灯
    / X7 Q9 z6 _! T- R! D- f
  48.         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_3);                //反转LED灯
    $ b( K5 P7 t# N; H; \4 T
  49.         printf("hello world,this is adc value==%d\r\n",ad_value);   //printf ADC获取值
    7 s# F+ ^$ d5 x
  50.     }
    2 _9 N( r% s6 `  o8 z  E- _" P' ^8 }
  51.     /* USER CODE END 3 */
    + Z" V% D% _5 @/ s/ m
  52. }
复制代码
- I! _6 T$ j* t7 G$ {* U& o
3、设置编程仿真下载模式
' Z( p5 {+ q/ P7 c- o, `(1)选择Options for target ...>>Debug>>J-Link/J-JTRACE Cortex,点击Settings>>选择Port(SW),可以看到搜索成功SW Device,表示芯片可用,可以下载。
" a- |  \3 x! z, r7 v, t
; v5 ?2 L# L; h  F+ _1 Q
edefb6b9a2a14be3b1221ad6d5c7a8a2.png
& n- {* Q8 W, b7 `* o# |6 J​​3 V0 p, `9 e- S2 ~
(2)点击编译,完成后提示“0 error(s),0 warning(s)”。6 Z# `9 b& H& r

; q/ X+ w: ~  G) i; d
e0b7e3e353b345a7987fe5f821de2dda.png
7 n3 X/ u  W+ L( D9 _2 w/ m​​% u5 e# z) n, Y% E6 \, ]
(3)点击Download(或者快捷键F8),即可下载程序。9 N, \  `" [* S! T7 N

9 K) d! N, a- f1 Z; l, B
eb3f250f19e44862a7df80c2492fcd01.png
6 _: y  `. d3 g8 D9 J​​
' Y* S$ H7 {$ F3 h3 g. q(4) 如果下载程序后,没有看到LED1、LED2、LED3、LED4闪烁,可以按下述方式设置一下(Reset and run表示下载后自动复位和重启运行)。或者重新彻底断电再次上电(或按开发板的Reset按键复位MCU即可)。1 M5 a. \# J0 [, r& s4 ^6 `

8 w6 r# `2 S6 v3 t1 Z. D# w7 B! @, M& W6 F
9f8aa1a4e8f04041bcf5cb183facd100.png $ w0 \2 }  c4 v9 C$ @
​​: J* [+ {' |( u+ p) I$ Z
4、ADC实验效果展示! B8 o: {% I/ H) D! E
        程序烧录到开发板后,即可看到LED1、LED2、LED3、LED4初始化后每隔500ms闪烁一次,并且打开串口助手后(串口参数:波特率115200、N、8、1),可以看到printf每隔500ms打印一次log数据。- y- J( H$ c: k! L& z
6 @, h! j4 G4 W9 Y% ~# P
当PA4通过杜邦线短接到3.3V时,value约为4032,当PA4通过杜邦线短接到GND时,value值为0。
  @0 h, \: Z' x! h# ]1 W1 A7 H, }: u5 U4 K: d9 h0 z
0a4dbb1de86343a2bfd95b1ee2180da1.png
/ z" b% S# J, J/ d6 [6 l6 W) i- a. k9 P
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