STM32F103_ADC电压采集

ADC寄存器

1 、STM32 ADC 简介

STM32 的 ADC 是 12 位逐次逼近型的模拟数字转换器。 它有 18 个通道，可测量 16 个外部和 2 个内部信号源。各通道的
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。
STM32F103 系列最少都拥有 2 个 ADC，我们选择的 STM32F103ZET 包含有 3 个 ADC。STM32 的 ADC 最大的转换速率为 1Mhz，也就是转换时间为 1us（在 ADCCLK=14M,采样周期为 1.5 个 ADC 时钟下得到），不要让 ADC 的时钟超过 14M，否则将导致结果准确度下降。
STM32 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。

简单来说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(72MHZ)。

2 ADC功能框图讲解

引脚说明

2.0.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。

2.1、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

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
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
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。

总结

注入通道转换顺序
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：

注：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。

·

2.ADC开关控制即触发源

通过设置ADC_CR2寄存器的ADON位可给ADC上电。当第一次设置ADON位时，它将ADC从断 电状态下唤醒。
ADC上电延迟一段时间后(tSTAB)，再次设置ADON位时开始进行转换。
通过清除ADON位可以停止转换，并将ADC置于断电模式。在这个模式中，ADC几乎不耗电(仅 几个μA)。

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：

3、 ADC时钟

3.1、转换时间
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。

输入时钟 由于ADC在STM32中是挂载在APB2总线上的，所以ADC得时钟是由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 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 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。

由时钟控制器提供的ADCCLK时钟和PCLK2(APB2时钟)同步。RCC控制器为ADC时钟提供一个专用的可编程预分频器（STM32F103xx增强型产品：时钟为56MHz时为1μs(时钟为72MHz为1.17μs)

4.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
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。

注入数据寄存器
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。

5、ADC看门狗

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：
规则通道转换完成中断
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。
注入通道转换完成中断
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。
模拟看门狗事件
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：

高阀值（ADC_HTR）

低阈值（ADC_LRT）

6、电压计算

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

7、 时序图

如下图所示，ADC在开始精确转换前需要一个稳定时间tSTAB。在开始ADC转换和14个时钟周期后，EOC标志被设置，16位ADC数据寄存器包含转换的结果。

代码示例：

注：代码使用规则通道，程序使用了ADC1的通道1，对应IO口为PA1。

初始化IO口

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;   //设置为模拟输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 

ADC配置

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC时钟 一般不超过14MHZ 否则精度不准确  72MHZ/6=12MHZ
	ADC_DeInit(ADC1);  //复位时钟
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC 工作模式:独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =  DISABLE; //AD 单通道模式;
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //AD 单次转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//转换由软件而不是外部触发启动
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign =  ADC_DataAlign_Right; //ADC 数据右对齐;
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //顺序进行规则转换的 ADC 通道的数目 1
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); 
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);  //使能ADC1
	ADC_ResetCalibration(ADC1);//重置指定的 ADC 的校准寄存器
	ADC_StartCalibration(ADC1); //开始指定校准状态
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));   //等待复位校准结束
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));   //等待校 AD 准结束

获取ADC 函数编写

u16 Get_Adc(u8 ch)//获取ADC
{	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1,1,ADC_SampleTime_239Cycles5); //设定ADC规则组	
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);  //使能软件启动
	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
	return 	ADC_GetConversionValue(ADC1);  //返回最后一次规则装换结果
}


u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)  //获取ADC平均值
{
u32 temp_val=0;
u8 t;
for(t=0;t<times;t++)
{ 
temp_val+=Get_Adc(ch);
Delay_ms(5);
}
return temp_val/times;
} 

mian函数，电压计算

temp=(float)adcx*(3.3/4096);

代码仓库：https://gitee.com/bigtiger_king/stm32f103_ADC/tree/master/

最后

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