前言

STM32F429有3个独立的ADC。每个ADC为12位逐次逼近的模数转换器。该ADC具有19个复用通道，其中16个通道用于外部测量，两个内部源和VBAT通道。AD转换的结果存在一个16位的数据寄存器中，可以选择为左对齐或者右对齐。

本文主要参考资料：

• ST.RM0090
• ST.STM32F427xx STM32F429xx数据手册
• 刘火良，杨森.STM32库开发实战指南——基于STM32F4.机械工业出版社.

框图

上图为ADC的框图，是对ADC功能的总体描述，我将其分成7个部分，下面分别陈述：

1.对外引脚

引脚描述

ADC的供电引脚为 $V_{DDA}$ 和 $V_{SSA}$。
ADC的参考电压为 $V_{REF+}$ 和 $V_{REF-}$。
每个ADC有16个输入通道，输入电压范围为：$V_{REF-}\le V_{In}\le V_{REF-}$。在实际设计中，将 $V_{REF-}$连接到$V_{SSA}$。将 $V_{REF+}$ 连接到$V_{DDA}$，且为3.3V。

输入电压与AD值关系

若ADC的输入电压范围0~3.3V，且ADC为12位的话，那么，实际电压 $V$ 与ADC读取$N$的关系为：
$$V=\frac{N}{2^{12}}\times 3.3$$

2.输入通道

通道与GPIO

在F429中，每个ADC包含19个输入通道，其中有16个为外部输入通道，也就是ADCx_IN[15:0]。ADC输入通道与GPIO之间的关系如下表所示：

规则转换与注入转换

如上表所示，每个ADC都有16个外部复用通道。可以将16个外部通道分成两组：规则转换和注入转换。

• 规则转换最多由16路通道构成。一般我们使用的就是规则转换。
• 注入转换最多由4路通道构成。注入转换就是在规则转换中强行插入的一种转换。如果在规则转换过程中，有注入转换插队，则需要等注入通道完成后，在回归到规则转换。有点类似于中断程序。

转换顺序

规则转换

与规则转换顺序相关的寄存器共有3个，分别为SQR3，SQR2，SQR1。通过这三个寄存器，可以设置规则转换的数量和转换的先后顺序。

SQR3

SQR2

SQR1

通过上图可以发现，三个寄存器大致可以分成两个部分：

• SQ1~SQ16：设置第1到第16个转换的通道。若想ADCx_IN16在规则转化中第一个转换，只需要将SQ1设置为16即可。
• L：用于表示该规则转化的总转换的个数。

注入转换

3. 触发源

控制开关

STM32的ADC有两个控制开关，两者都在ADC_CR2寄存器中。

1. ADON控制ADC的上电与掉电。
2. SWSTART和JSWSTART用于启动AD转换——软件触发。

外部触发源

除了使用SWSTART和JSWSTART软件触发外，在F429中还可以使用事件触发。

配置触发极性

如图所示，当寄存器值不是00时，则可以通过事件的极性触发外部转换。

触发事件选择

4. 时钟与时间

时钟

ADC同时使用两种时钟：

1. 用于模拟电路的时钟：ADCCLK
   该时钟来自于APB2时钟，通过预分频器进行2分频，4分频，6分频或者8分频。
   
   根据数据手册可以知道：
   在STM32F429中，ADCCLK最大频率为36M，而APB2的一般配置为90M，所以，在F429中，AD采样的频率一般设置为：90/4=22.5M。

2. 用于数字接口的时钟——用于寄存器的读/写访问。
   ADC的寄存器读写时钟为APB2。

转化时间

在ADC转化中，所花费的时间功分成两个部分：

• 采样时间
• 转化时间

其中采样时间可以通过ADC_SMPR1和ADC_SMPR2来设置。其中可以选择的采样时间分别为：

• 3个周期
• 15个周期
• 28个周期
• 56个周期
• 84个周期
• 112个周期
• 144个周期
• 480个周期

若为了提高整个转换过程的速度，可以减小采样时间，也就是选择3个周期的采样时间。

而转化时间与AD的位数成正比，每位需要一个采样周期。这样，就可以知道，一般的，选择3个周期采样时间的12位AD，完成一次转换需要花费的时钟周期为：

$$3+12=15$$

一般的，在F429中，ADC时钟为22.5MHz，所以，总转化时间为：

$$t_{CONV}=\frac{15}{22.5\times 10^6}=0.6667\times 10^{-6}s=0.6667\mu s$$

这是数据手册中提供的典型数据，同样可以通过相同的方法算出。

5.转换模式

5.1单次转换模式

在单次转换模式下，ADC 执行一次转换。CONT 位为 0 时，可通过以下方式启动此模式：

• 将 ADC_CR2 寄存器中的 SWSTART 位置 1（仅适用于规则通道）
• 将 JSWSTART 位置 1（适用于注入通道）
• 外部触发（适用于规则通道或注入通道）

完成所选通道的转换之后：

• 如果转换了规则通道：
  • 转换数据存储在 16 位 ADC_DR 寄存器中
  • EOC（转换结束）标志置 1
  • EOCIE 位置 1 时将产生中断
• 如果转换了注入通道：
  • 转换数据存储在 16 位 ADC_JDR1 寄存器中
  • JEOC（注入转换结束）标志置 1
  • JEOCIE 位置 1 时将产生中断

然后，ADC 停止。

5.2 连续转换模式

在连续转换模式下，ADC 结束一个转换后立即启动一个新的转换。CONT 位为 1 时，可通过外部触发或将 ADC_CR2 寄存器中的 SWSTRT 位置 1 来启动此模式（仅适用于规则通道）。

每次转换之后：

• 如果转换了规则通道组：
  • 上次转换的数据存储在 16 位 ADC_DR 寄存器中
  • EOC（转换结束）标志置 1
  • EOCIE 位置 1 时将产生中断

5.3 扫描模式

此模式用于扫描一组模拟通道。

通过将 ADC_CR1 寄存器中的 SCAN 位置 1 来选择扫描模式。将此位置 1 后，ADC 会扫描 在 ADC_SQRx 寄存器（对于规则通道）或 ADC_JSQR 寄存器（对于注入通道）中选择的 所有通道。为组中的每个通道都执行一次转换。每次转换结束后，会自动转换该组中的下一个通道。如果将 CONT 位置 1，规则通道转换不会在组中最后一个所选通道处停止，而是再 次从第一个所选通道继续转换。

如果将 DMA 位置 1，则在每次规则通道转换之后，均使用直接存储器访问 (DMA) 控制器将 转换自规则通道组的数据（存储在 ADC_DR 寄存器中）传输到 SRAM。

在以下情况下，ADC_SR 寄存器中的 EOC 位置 1：

• 如果 EOCS 位清零，在每个规则组序列转换结束时
• 如果 EOCS 位置 1，在每个规则通道转换结束时

从注入通道转换的数据始终存储在 ADC_JDRx 寄存器中。

5.4 非连续模式

规则组

可将 ADC_CR1 寄存器中的 DISCEN 位置 1 来使能此模式。该模式可用于转换含有 n (n ≤ 8) 个转换的短序列，该短序列是在 ADC_SQRx 寄存器中选择的转换序列的一部分。可通过写 入 ADC_CR1 寄存器中的 DISCNUM[2:0] 位来指定 n 的值。

出现外部触发时，将启动在 ADC_SQRx 寄存器中选择的接下来 n 个转换，直到序列中的所 有转换均完成为止。通过 ADC_SQR1 寄存器中的 L[3:0] 位定义总序列长度。

示例：
n = 3，要转换的通道 = 0、1、2、3、6、7、9、10
第 1 次触发：转换序列 0、1、2
第 2 次触发：转换序列 3、6、7
第 3 次触发：转换序列 9、10 并生成 EOC 事件
第 4 次触发：转换序列 0、1、2

注意：

• 在不连续采样模式下转换规则组时，不会出现翻转。
• 转换完所有子组后，下一个触发信号将启动第一个子组的转换。在上述示例中，第 4 次触发 重新转换了第 1 个子组中的通道 0、1 和 2。

注入组

可将 ADC_CR1 寄存器中的 JDISCEN 位置 1 来使能此模式。在出现外部触发事件之后，可 使用该模式逐通道转换在 ADC_JSQR 寄存器中选择的序列。

出现外部触发时，将启动在 ADC_JSQR 寄存器中选择的下一个通道转换，直到序列中的所 有转换均完成为止。通过 ADC_JSQR 寄存器中的 JL[1:0] 位定义总序列长度。

示例：
n = 1，要转换的通道 = 1、2、3
第 1 次触发：转换通道 1
第 2 次触发：转换通道 2
第 3 次触发：转换通道 3 并生成 EOC 和 JEOC 事件
第 4 次触发：通道 1

注意：

• 转换完所有注入通道后，下一个触发信号将启动第一个注入通道的转换。在上述示例中，第 4 次触发重新转换了第 1 个注入通道。
• 不能同时使用自动注入和不连续采样模式。
• 不得同时为规则组和注入组设置不连续采样模式。只能针对一个组使能不连续采样模式。

6.数据处理

数据对齐

因为ADC转换的数据通常不是一个完整的字节或者字节的倍数，所以，获取的数据就需要进行对齐。在F429中，通过ADC_CR2
寄存器中的 ALIGN 位用于选择转换后存储的数据的对齐方式。可以选择左对齐有右对齐两种。

注入通道组的转换数据将减去 ADC_JOFRx 寄存器中写入的用户自定义偏移量，因此结果可 以是一个负值。SEXT 位表示扩展
的符号值。

对于规则组中的通道，不会减去任何偏移量，因此只有十二个位有效。

特例：采用左对齐时，数据基于半字进行对齐，除了分辨率设置为 6 位时。分辨率设置为 6 位 时，数据基于字节进行对齐，如图 40 所示。

DMA

不使用DMA

如果转换过程足够慢，则可使用软件来处理转换序列。在这种情况下，必须将 ADC_CR2 寄 存器中的 EOCS 位置 1，才能使EOC 状态位在每次转换结束时置 1，而不仅是在序列结束 时置 1。当 EOCS = 1 时，会自动使能溢出检测。因此，每当转换结束时，EOC 都会置 1，并且可以读取 ADC_DR 寄存器。溢出管理与使用 DMA 时的管理相同。

要在 EOCS 位置 1 时将 ADC 从 OVR 状态中恢复，请按以下步骤操作：

1. 将 ADC_SR 寄存器中的 ADC OVR 位清零
2. 触发 ADC 以开始转换。

使用DMA

由于规则通道组只有一个数据寄存器，因此，对于多个规则通道的转换，使用 DMA 非常有帮助。这样可以避免丢失在下一次写入之前还未被读出的 ADC_DR 寄存器中的数据。在使能 DMA 模式的情况下（ADC_CR2 寄存器中的 DMA 位置 1），每完成规则通道组中的 一个通道转换后，都会生成一个DMA 请求。这样便可将转换的数据从 ADC_DR 寄存器传输 到用软件选择的目标位置。

尽管如此，如果数据丢失（溢出），则会将 ADC_SR 寄存器中的 OVR 位置 1 并生成一个中 断（如果 OVRIE 使能位已置 1）。随后会禁止 DMA 传输并且不再接受 DMA 请求。在这种 情况下，如果生成 DMA 请求，则会中止正在进行的规则转换并忽略之后的规则触发。随后需要将所使用的 DMA 流中的 OVR 标志和 DMAEN 位清零，并重新初始化 DMA 和 ADC， 以将需要的转换通道数据传输到正确的存储器单元。注入通道转换不会受到溢出错误的影响。 在 DMA 模式下，当 OVR = 1 时，传送完最后一个有效数据后会阻止 DMA 请求，这意味着 传输到 RAM 的所有数据均被视为有效。

在最后一次 DMA 传输（DMA 控制器的 DMA_SxRTR 寄存器中配置的传输次数）结束时：

• 如果将 ADC_CR2 寄存器中的 DDS 位清零，则不会向 DMA 控制器发出新的 DMA 请求（这可避免产生溢出错误）。不过，硬件不会将 DMA 位清零。必须将该位写入 0 然后写入 1 才能启动新的传输。
• 如果将 DDS 位置 1，则可继续生成请求。从而允许在双缓冲区循环模式下配置 DMA。

要在使用 DMA 时将 ADC 从 OVR 状态中恢复，请按以下步骤操作：

1. 重新初始化 DMA（调整目标地址和 NDTR 计数器）
2. 将 ADC_SR 寄存器中的 ADC OVR 位清零
3. 触发 ADC 以开始转换。

7.中断

最后

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