ADC简介

    STM32F103系列有3个ADC，精度为12位，每个ADC最多有16个外部通道。其中ADC1和ADC2都有16个外部通道，ADC3一般有8个外部通道，各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断执行，ADC转换的结果可以左对齐或右对齐储存在16位数据寄存器中。ADC的输入时钟不得超过14MHz，其时钟频率由PCLK2分频产生。

ADC功能框图讲解

    学习STM32开发板上的外设时首先要了解其外设的功能框图，如下：

: P) L% C. {/ A+ w6 b/ g/ ]& X

    功能框图可以大体分为7部分，下面一一讲解：

电压输入范围

    ADC所能测量的电压范围就是VREF- ≤ VIN ≤ VREF+，把 VSSA 和 VREF-接地，把 VREF+和 VDDA 接 3V3，得到ADC 的输入电压范围为：0~3.3V。

输入通道

    ADC的信号输入就是通过通道来实现的，信号通过通道输入到单片机中，单片机经过转换后，将模拟信号输出为数字信号。STM32中的ADC有着18个通道，其中外部的16个通道已经在框图中标出，如下：

    这16个通道对应着不同的IO口，此外ADC1/2/3 还有内部通道：ADC1 的通道 16 连接到了芯片内部的温度传感器， Vrefint 连接到了通道 17。ADC2 的模拟通道 16 和 17 连接到了内部的 VSS。

    ADC的全部通道如下图所示：

4 s0 T7 u& w. u/ S4 n! s" B

3 F+ w0 Y( R: D  L

    外部的16个通道在转换时又分为规则通道和注入通道，其中规则通道最多有16路，注入通道最多有4路（注入通道貌似使用不多），下面简单介绍一下两种通道：

    规则通道顾名思义就是，最平常的通道、也是最常用的通道，平时的ADC转换都是用规则通道实现的。

    注入通道是相对于规则通道的，注入通道可以在规则通道转换时，强行插入转换，相当于一个“中断通道”吧。当有注入通道需要转换时，规则通道的转换会停止，优先执行注入通道的转换，当注入通道的转换执行完毕后，再回到之前规则通道进行转换。

转换顺序

    知道了ADC的转换通道后，如果ADC只使用一个通道来转换，那就很简单，但如果是使用多个通道进行转换就涉及到一个先后顺序了，毕竟规则转换通道只有一个数据寄存器。多个通道的使用顺序分为俩种情况：规则通道的转换顺序和注入通道的转换顺序。

    规则通道中的转换顺序由三个寄存器控制：SQR1、SQR2、SQR3，它们都是32位寄存器。SQR寄存器控制着转换通道的数目和转换顺序，只要在对应的寄存器位SQx中写入相应的通道，这个通道就是第x个转换。具体的对应关系如下：

9 ~+ B! ~! Z7 S% @

& n8 e7 m1 c7 K5 O0 D! u2 ~% b

    通过SQR1寄存器就能了解其转换顺序在寄存器上的实现了：

" Q4 w/ P: q  w, a- [+ b4 l

    和规则通道转换顺序的控制一样，注入通道的转换也是通过注入寄存器来控制，只不过只有一个JSQR寄存器来控制，控制关系如下：

: Q4 G! ^5 r7 C, q8 x

    需要注意的是，只有当JL=4的时候，注入通道的转换顺序才会按照JSQ1、JSQ2、JSQ3、JSQ4的顺序执行。当JL<4时，注入通道的转换顺序恰恰相反，也就是执行顺序为：JSQ4、JSQ3、JSQ2、JSQ1。

; V3 U# @% ?9 j* i; T. y% A

    配置转换顺序的函数如下代码所示：

1. /**
   
2.   * @brief  Configures for the selected ADC regular channel its corresponding
   
3.   *         rank in the sequencer and its sample time.
   
4.   * @param  ADCx: where x can be 1, 2 or 3 to select the ADC peripheral.
   8 t/ P* Z3 B  y- R
5.   * @param  ADC_Channel: the ADC channel to configure.
   
6.   *   This parameter can be one of the following values:
   4 N8 X0 R% ?  I4 f+ a/ P7 _
7.   *     @arg ADC_Channel_0: ADC Channel0 selected
   1 J, w5 m1 V. u8 T
8.   *     @arg ADC_Channel_1: ADC Channel1 selected
   & x, `6 E1 T4 F: m
9.   *     @arg ADC_Channel_2: ADC Channel2 selected
   
10.   *     @arg ADC_Channel_3: ADC Channel3 selected
    
11.   *     @arg ADC_Channel_4: ADC Channel4 selected
    
12.   *     @arg ADC_Channel_5: ADC Channel5 selected
    
13.   *     @arg ADC_Channel_6: ADC Channel6 selected
    + |  d8 K  n( m' w: A2 K
14.   *     @arg ADC_Channel_7: ADC Channel7 selected
    9 P8 Y5 d0 q  X$ B
15.   *     @arg ADC_Channel_8: ADC Channel8 selected
      S  u2 I3 P+ i$ o8 Z
16.   *     @arg ADC_Channel_9: ADC Channel9 selected
    & z% Q& h; x# b' x8 p9 t) A7 ?- N
17.   *     @arg ADC_Channel_10: ADC Channel10 selected
    4 j; p- U( Z0 ^: {' ]% d8 o
18.   *     @arg ADC_Channel_11: ADC Channel11 selected
    
19.   *     @arg ADC_Channel_12: ADC Channel12 selected
    * W% j. I+ N) \3 H  h
20.   *     @arg ADC_Channel_13: ADC Channel13 selected
    
21.   *     @arg ADC_Channel_14: ADC Channel14 selected
    6 C  F* q; O, A' k
22.   *     @arg ADC_Channel_15: ADC Channel15 selected
    
23.   *     @arg ADC_Channel_16: ADC Channel16 selected
    1 b/ p7 c; n: W% D) u
24.   *     @arg ADC_Channel_17: ADC Channel17 selected
    & K; O8 f, o' W& Q; m
25.   * @param  Rank: The rank in the regular group sequencer. This parameter must be between 1 to 16.
    
26.   * @param  ADC_SampleTime: The sample time value to be set for the selected channel.
    ( U  o" R( c8 x; ~8 t
27.   *   This parameter can be one of the following values:
    
28.   *     @arg ADC_SampleTime_1Cycles5: Sample time equal to 1.5 cycles
    ' W) U& X9 o* v4 P0 q. v
29.   *     @arg ADC_SampleTime_7Cycles5: Sample time equal to 7.5 cycles
    + T7 X8 H$ ~0 a' k$ o0 x
30.   *     @arg ADC_SampleTime_13Cycles5: Sample time equal to 13.5 cycles
    6 \. ?. Y2 Q0 A% q, I: `6 J
31.   *     @arg ADC_SampleTime_28Cycles5: Sample time equal to 28.5 cycles
    
32.   *     @arg ADC_SampleTime_41Cycles5: Sample time equal to 41.5 cycles
    
33.   *     @arg ADC_SampleTime_55Cycles5: Sample time equal to 55.5 cycles
      \: [- L+ k' Z
34.   *     @arg ADC_SampleTime_71Cycles5: Sample time equal to 71.5 cycles
    " s) j) _' {+ j/ b$ a8 @: r9 \
35.   *     @arg ADC_SampleTime_239Cycles5: Sample time equal to 239.5 cycles
    
36.   * @retval None
    
37.   */
    
38. void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)
    
39. {
    1 g0 k4 }' S9 d- C& C: W
40.   函数内容略;
    ) x' u6 e. |1 B# R2 U- d7 P
41. }

复制代码

7 t/ ^( e: C3 U/ |8 a

触发源

    ADC转换的输入、通道、转换顺序都已经说明了，但ADC转换是怎么触发的呢？就像通信协议一样，都要规定一个起始信号才能传输信息，ADC也需要一个触发信号来实行模/数转换。

    其一就是通过直接配置寄存器触发，通过配置控制寄存器CR2的ADON位，写1时开始转换，写0时停止转换。在程序运行过程中只要调用库函数，将CR2寄存器的ADON位置1就可以进行转换，比较好理解。

    另外，还可以通过内部定时器或者外部IO触发转换，也就是说可以利用内部时钟让ADC进行周期性的转换，也可以利用外部IO使ADC在需要时转换，具体的触发由控制寄存器CR2决定。

   ADC_CR2寄存器的详情如下：

: e( E+ _( _! F7 J) t' ?

转换时间

    还有一点，就是转换时间的问题，ADC的每一次信号转换都要时间，这个时间就是转换时间，转换时间由输入时钟和采样周期来决定。

    由于ADC在STM32中是挂载在APB2总线上的，所以ADC的时钟是由PCLK2（72MHz）经过分频得到的，分频因子由 RCC 时钟配置寄存器RCC_CFGR 的位 15:14 ADCPRE[1:0]设置，可以是 2/4/6/8 分频，一般配置分频因子为8，即8分频得到ADC的输入时钟频率为9MHz。

    采样周期是确立在输入时钟上的，配置采样周期可以确定使用多少个ADC时钟周期来对电压进行采样，采样的周期数可通过 ADC采样时间寄存器 ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 中的 SMP[2:0]位设置，ADC_SMPR2 控制的是通道 0~9， ADC_SMPR1 控制的是通道 10~17。每个通道可以配置不同的采样周期，但最小的采样周期是1.5个周期，也就是说如果想最快时间采样就设置采样周期为1.5.

转换时间=采样时间+12.5个周期

    12.5个周期是固定的，一般我们设置 PCLK2=72M，经过 ADC 预分频器能分频到最大的时钟只能是 12M，采样周期设置为 1.5 个周期，算出最短的转换时间为 1.17us。

" k$ Q) S" Q. s$ i- }

数据寄存器

    转换完成后的数据就存放在数据寄存器中，但数据的存放也分为规则通道转换数据和注入通道转换数据的。

    规则数据寄存器负责存放规则通道转换的数据，通过32位寄存器ADC_DR来存放：

5 ~6 p4 H. m3 ]/ V

    当使用ADC独立模式（也就是只使用一个ADC，可以使用多个通道）时，数据存放在低16位中，当使用ADC多模式时高16位存放ADC2的数据。需要注意的是ADC转换的精度是12位，而寄存器中有16个位来存放数据，所以要规定数据存放是左对齐还是右对齐。

    当使用多个通道转换数据时，会产生多个转换数据，然鹅数据寄存器只有一个，多个数据存放在一个寄存器中会覆盖数据导致ADC转换错误，所以我们经常在一个通道转换完成之后就立刻将数据取出来，方便下一个数据存放。一般开启DMA模式将转换的数据，传输在一个数组中，程序对数组读操作就可以得到转换的结果。

    注入通道转换的数据寄存器有4个，由于注入通道最多有4个，所以注入通道转换的数据都有固定的存放位置，不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。ADC_JDRx 是 32 位的，低 16 位有效，高 16 位保留，数据同样分为左对齐和右对齐，具体是以哪一种方式存放，由ADC_CR2 的 11 位 ALIGN 设置。

中断

% R, D4 C6 K$ x5 `- n

2 v4 x! H6 l$ k  w

   

    从框图中可以知道数据转换完成之后可以产生中断，有三种情况：

• 规则通道数据转换完成之后，可以产生一个中断，可以在中断函数中读取规则数据寄存器的值。这也是单通道时读取数据的一种方法。
• 注入通道数据转换完成之后，可以产生一个中断，并且也可以在中断中读取注入数据寄存器的值，达到读取数据的作用。
• 当输入的模拟量（电压）不再阈值范围内就会产生看门狗事件，就是用来监视输入的模拟量是否正常。
  
  

    以上中断的配置都由ADC_SR寄存器决定：

- d: l6 V- \% S* T

    当然，在转换完成之后也可以产生DMA请求，从而将转换好的数据从数据寄存器中读取到内存中。

电压转换

    要知道，转换后的数据是一个12位的二进制数，我们需要把这个二进制数代表的模拟量（电压）用数字表示出来。比如测量的电压范围是0~3.3V，转换后的二进制数是x，因为12位ADC在转换时将电压的范围大小（也就是3.3）分为4096（2^12）份，所以转换后的二进制数x代表的真实电压的计算方法就是：

• y=3.3* x / 4096
  ; b' `9 g7 o: C2 l

初始化结构体

    每个外设的核心就是其对应的初始化结构体了，ADC的初始化结构体代码如下：

1. typedef struct
   9 q, z3 {6 k3 l  Z( Z# V6 v8 e3 c8 i" u
2. {
   
3. uint32_t ADC_Mode; // ADC 工作模式选择
   / Q: D  O6 c, Z3 A2 y
4. FunctionalState ADC_ScanConvMode; // ADC 扫描（多通道）或者单次（单通道）模式选择
   6 _) e0 P% B4 s; k: b
5. FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; // ADC 单次转换或者连续转换选择
   
6. uint32_t ADC_ExternalTrigConv; // ADC 转换触发信号选择
   
7. uint32_t ADC_DataAlign; // ADC 数据寄存器对齐格式
   $ U* ]  l5 U& v- x& o3 y
8. uint8_t ADC_NbrOfChannel; // ADC 采集通道数
   & V. o# d# M9 X
9. } ADC_InitTypeDef;

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    通过配置初始化结构体来设置ADC的相关信息。

单通道电压采集

    用这个程序来简单熟练一下ADC的单通道电压采集吧，程序使用了ADC1的通道11，对应的IO口是PC^1，因为博主的开发板上PC ^1引脚没有任何复用，使用中断，在中断中读取转换的电压。

头文件

    为了提高文件的可移植性，头文件中定义了一些与ADC和中断相关的量，在移植程序的时候只需要修改头文件中的定义即可。

1. #ifndef __ADC_H
   $ Y, {$ x- u! R8 q4 X. a5 {. e
2. #define __ADC_H
   9 e8 g/ F5 [# z" N. k! ~7 W
3. #include "stm32f10x.h"
   
4. /* 采用ADC1的通道11  引脚为PC^1 模式必须是模拟输入*/
   * Z: J: |2 W- J6 I+ r$ ?( s
5. #define ADC_GPIO_RCC     RCC_APB2Periph_GPIOC
   
6. #define ADC_GPIO_PORT    GPIOC
   7 a$ o0 C' s! a( K
7. #define ADC_GPIO_PIN     GPIO_Pin_1
   " w2 N7 R9 A, ~6 z; V
8. #define ADC_GPIO_MODE    GPIO_Mode_AIN  
     ]7 q+ S8 z6 t3 b; W
9. /* 配置与中断有关的信息 */
   
10. #define ADC_IRQn         ADC1_2_IRQn
    2 q# M2 u: n4 r1 F- ?  l5 F  z
11. #define ADC_RCC          RCC_APB2Periph_ADC1
    
12. /* 配置ADC初始化结构体的宏定义 */
    . o$ [) n0 o3 w
13. #define ADCx                          ADC1
    
14. #define ADCx_ContinuousConvMode       ENABLE                      //连续转换模式
    " R4 i3 S2 ?" C3 Z
15. #define ADCx_DataAlign                ADC_DataAlign_Right         //转换结果右对齐
    , [8 @7 `1 N' J
16. #define ADCx_ExternalTrigConv         ADC_ExternalTrigConv_None      //不使用外部触发转换，采用软件触发
    4 ~- }9 c2 ~9 i* V+ k7 r9 A' `
17. #define ADCx_Mode                     ADC_Mode_Independent        //只使用一个ADC，独立模式
    2 N9 E8 A9 u" D, ~0 R5 o7 k! r
18. #define ADCx_NbrOfChannel             1                          //一个转换通道
    
19. #define ADCx_ScanConvMode             DISABLE                     //禁止扫描模式，多通道时使用
    
20. /* 通道信息和采样周期 */
    
21. #define ADC_Channel                   ADC_Channel_11
    5 s& m( s& T" V9 Z
22. #define ADC_SampleTime                ADC_SampleTime_55Cycles5
    
23. /* 函数声明 */
    8 N1 W- ~# t- j( G
24. void ADC_COnfig(void);
    ' `- Z0 q( q6 n/ {" H
25. void ADC_NVIC_Config(void);
      `7 Q6 D' X4 |8 |3 p
26. void ADC_GPIO_Config(void);
    
27. void ADCx_Init(void);
    
28. #endif  /* __ADC_H */

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引脚配置函数

    首先配置相应的GPIO引脚，毕竟模拟信号是通过GPIO引脚传输到开发板的，注意的是，引脚的模式一定要是模拟输入！

1. void ADC_GPIO_Config(void)
   
2. {
   
3. GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStruct;
   # {9 F: Y' X# h
4. RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC_GPIO_RCC,  ENABLE);
   , |& g0 ]  Z. v6 F0 r; @
5. GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = ADC_GPIO_PIN ;
   " @. L; x; X* y% A* r$ z1 i( `$ P! V
6. GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = ADC_GPIO_MODE ;
   
7. GPIO_Init(ADC_GPIO_PORT , &GPIO_InitStruct);
   9 I! i- }+ N/ t: u# v( G1 q4 e# [
8. }

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    配置引脚就是老套路：声明结构体变量、开启时钟、写入结构体、初始化GPIO。

NVIC配置函数

    因为我们是在转换完成后利用中断，在中断函数中读取数据，所以要首先配置中断函数的优先级，因为程序中只有这一个中断，所以优先级的配置就比较随意。

1. void ADC_NVIC_Config(void)
   
2. {
   * ]. D6 i6 o! E) K. h
3. NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct ;
   " Q; X4 k4 W0 |: ~6 c8 Z
4. /* 配置中断优先级分组(设置抢占优先级和子优先级的分配)，在函数在misc.c */
   
5. NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1) ;
   
6. /* 配置初始化结构体 在misc.h中 */
   
7. /* 配置中断源 在stm32f10x.h中 */
   
8. NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = ADC_IRQn ;
   ( v3 S1 A2 ~6 W9 B" q' P% f" r8 p
9. /* 配置抢占优先级 */
   
10. NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1 ;
    - j. Y/ Y* o8 J/ u& W8 z4 G
11. /* 配置子优先级 */
    ' F2 p7 U* z+ V1 M9 k/ x
12. NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1 ;
    
13. /* 使能中断通道 */
    - r3 w& Z& W5 P
14. NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE ;
    
15. /* 调用初始化函数 */
    - b! p0 z4 n$ p* d9 C7 u7 `
16. NVIC_Init(&NVIC_InitStruct) ;
    
17. }

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ADC配置函数

    ADC的配置函数是ADC的精髓，在这个函数中包含的内容有：ADC的初始化结构体配置、配置了时钟分频、配置了通道转换顺序、打开转换中断、进行校准、软件触发ADC采集等。

    函数中都有详细的注释：

1. void ADC_COnfig(void)
   1 N2 Q( R& Z, J) Z" |; f( L$ [
2. {
   
3.   ADC_InitTypeDef  ADC_InitStruct;
   
4.   RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC_RCC,  ENABLE);
   
5.   /* 配置初始化结构体，详情见头文件 */
   
6.   ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ADCx_ContinuousConvMode  ;
   ; R/ o8 {4 \! I* m3 U
7.   ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADCx_DataAlign ;
   
8.   ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADCx_ExternalTrigConv ;
   
9.   ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADCx_Mode ;
   
10.   ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = ADCx_NbrOfChannel ;
    ' B1 }# h+ @' A3 F+ J
11.   ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = ADCx_ScanConvMode ;
    
12.   ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStruct);
    
13.   /* 配置ADC时钟为8分频，即9M */
    : O8 z- d+ L0 Y& q: Y# f* T
14.   RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
    + D) O4 k, K7 Q3 k1 t- A  o" s( }
15.   /* 配置ADC通道转换顺序和时间 */
    
16.   ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_Channel, 1, ADC_SampleTime );
    / t; b# V, C1 G8 p- S
17.   /* 配置为转换结束后产生中断 在中断中读取信息 */
    
18.   ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC,ENABLE);
    # e% b# |) r+ r6 n" f5 L1 G
19.   /* 开启ADC，进行转换 */
    ( p* _+ q' i1 J% ~0 x6 ?
20.   ADC_Cmd(ADCx, ENABLE );
    
21.   /* 重置ADC校准 */
    ) o. q! ^2 A) \7 p# u
22.   ADC_ResetCalibration(ADCx);
    
23.   /* 等待初始化完成 */
    
24.   while(ADC_GetResetCalibrationStatus( ADCx))
    
25.     /* 开始校准 */
    6 R* E, }" Y; l2 `1 Y' T  h3 {! w
26.     ADC_StartCalibration(ADCx);
    
27.   /* 等待校准完成 */
    1 E1 w- W" j5 z) f+ ?. T& a
28.   while (ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));
    2 O" _- F' c0 _; L; a9 s
29.   /* 软件触发ADC转换 */
    . {9 R8 B& e4 G( k! H* x
30.   ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);
    
31. }

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" j8 ]: b2 R+ U1 ]. @, `; {, F

中断函数

    在中断函数中进行读取数据，将数据存放在变量result中，此处使用关键字extern声明，代表变量result已经在其他文件中定义，关

于extern的介绍在之前发的文章中有extern关键字的介绍。

1. extern uint16_t resurt;
   
2. void ADC1_2_IRQHandler(void)
   2 q7 \; H6 C1 b9 R
3. {
   
4.     /* 判断产生中断请求 */
   
5.   while(ADC_GetITStatus(ADCx, ADC_IT_EOC) == SET)
   3 H9 d& f0 @9 b  w& d3 h( S
6.     resurt=ADC_GetConversionValue(ADCx);
   . ~$ h  C0 n5 e
7.   /* 清除中断标志 */
   
8.   ADC_ClearITPendingBit(ADCx, ADC_IT_EOC);
   
9. }

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主函数

    主函数负责接收转换的值，并将其转换为电压值，然后通过串口打印在计算机上，便于调试。

    变量result是主函数中的全局变量，注意最后的结果应该转换为浮点型。

1. #include "stm32f10x.h"
   
2. #include "usart.h"
   
3. #include "adc.h"
   
4. uint16_t result;
   
5. void delay(void)
   
6. {
   
7.   uint16_t k=0xffff;
   ( }' s; f; d0 S% C/ r) z! A, Q
8.   while(k--);
   
9. }
   
10. int main(void)
    ; r9 k$ V0 e0 _6 s
11. {
    
12.   float voltage;
    + \( l# ^/ E. g8 }0 ?( u, y' \3 W
13.   /* 串口调试函数 */
    + ?$ R0 V! p! e8 U
14.   DEBUG_USART_Config();
    " c7 L, ~' A0 w8 Q
15.   /* 与ADC相关的函数打包在此函数中 */
    
16.   ADCx_Init();
    , q1 \) O' s8 I- t6 ]
17.   while(1)
    
18.   {
    
19.       /* 强制转换为浮点型 */
    ! b) Z, z# f2 G$ V* s
20.     voltage = (float) result/4096*3.3;
    4 |$ q* M- E/ M* \, ?
21.     printf("\n电压值为：%f\n",voltage);
    : `: `! o6 ]) E6 `/ P1 c
22.     delay();
    
23.   }
    9 I, j3 m& g: W# _: L5 |) o
24. }

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% c$ K0 r. K4 }4 U" Z; J' B/ Q