STM32-ADC配置过程是怎样的？有哪些应用？

一、ADC介绍

12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有多达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。
二、框图分析











按照顺序分析：
1、电压输入范围：ADC 输入范围为：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。由 VREF-、VREF+ 、VDDA、 VSSA、这四个外部引脚决定。一般把 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、输入通道：可分为注入通道和规则通道 前者常用。关于输入通道查询，可以参考《STM32F103xCDE_数据手册》





下面是总结好的表格：F103x 系列 对应的引脚几乎完全一样 下面是ZET6的





3、 转换顺序：
规则序列 ：
通过控制ADC规则序列寄存器 ADC_SQR1 、ADC_SQR2、ADC_SQR3 来配置规则通道的转换顺序，















如果通道 16 想第一次转换，那么在 SQ1[4:0] 写 16 即可。SQR2 控制着规则序列中的第 7 到第12 个转换，对应的位为：SQ7[4:0]~SQ12[4:0]，如果通道 1 想第 8 个转换，则 SQ8[4:0] 写 1 即可。SQR1 控制着规则序列中的第 13 到第 16 个转换，对应位为：SQ13[4:0]~SQ16[4:0]，如果通道 6 想第 10 个转换，则 SQ10[4:0] 写 6 即可。具体使用多少个通道，由 SQR1 的位L[3:0]决定，最多 16 个通道。
注入序列：
ADC注入序列寄存器ADC_JSQR 。注入序列寄存器 JSQR 只有一个，最多支持 4 个通道，具体多少个由 JSQR 的 JL[2:0]决定。如果 JL 的 值小于 4 的话，则 JSQR 跟 SQR 决定转换顺序的设置不一样，第一次转换的不是 JSQR1[4:0]，而是 JCQRx[4:0] ，x = （4-JL），跟 SQR 刚好相反。如果 JL=00（1个转换），那么转换的顺序是从 JSQR4[4:0]开始，而不是从 JSQR1[4:0]开始，这个要注意，编程的时候不要搞错。当 JL 等于 4 时，跟 SQR 一样。





4、触发源选择
通道配置完成，转换顺序也已经确定，下面就是触发源的选择。通过ADC控制寄存器 1(ADC_CR1)、ADC控制寄存器 2(ADC_CR2)，选择触发源：










5、转换时间
ADC 时钟：
ADC 输入时钟 ADC_CLK 由 PCLK2 经过分频产生，最大是 14M，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，一般我们设置 PCLK2=HCLK=72M。一般选择8分频。










采样时间：
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。每个通道可以分别用不同的时间采样。其中采样周期最小是 1.5 个，即如果我们要达到最快的采样，那么应该设置采样周期为 1.5个周期，这里说的周期就是 1/ADC_CLK。










ADC 的转换时间跟 ADC 的输入时钟和采样时间有关公式为：Tconv = 采样时间 + 12.5 个周期。当 ADCLK = 14MHZ （最高），采样时间设置为 1.5 周期（最快），那么总
的转换时间（最短）Tconv = 1.5 周期 + 12.5 周期 = 14 周期 = 1us。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（常用1.17us）。
6、数据寄存器：一切准备就绪后，ADC 转换后的数据根据转换组的不同，规则组的数据放在 ADC_DR寄存器，注入组的数据放在 JDRx。
规则数据寄存器 ：





注入数据寄存器：





7、中断：
转换结束中断：
数据转换结束后，可以产生中断，中断分为三种：规则通道转换结束中断，注入转换通道转换结束中断，模拟看门狗中断。可以根据相应的中断标志位，编写对应的中断服务函数。事件是否发生，可以访问ADC状态寄存器(ADC_SR)





模拟看门狗中断：
当被 ADC 转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时，就会产生中断，前提是我们开启了模拟看门狗中断，其中低阈值和高阈值由 ADC_LTR 和 ADC_HTR 设置。例如我们设置高阈值是 2.5V，那么模拟电压超过 2.5V 的时候，就会产生模拟看门狗中断，反之低阈值也一样。






三、编程相关
在编程的时候，我们只需要配置对用的结构体即可：


ADC_InitTypeDef 结构体


typedef struct
{
  uint32_t ADC_Mode;                                                 // ADC 工作模式选择
  FunctionalState ADC_ScanConvMode;                        /* ADC 扫描（多通道）
                                                                                                 或者单次（单通道）模式选择 */
  FunctionalState ADC_ContinuousConvMode;         // ADC 单次转换或者连续转换选择
  uint32_t ADC_ExternalTrigConv;                         // ADC 转换触发信号选择
  uint32_t ADC_DataAlign;                                         // ADC 数据寄存器对齐格式
  uint8_t ADC_NbrOfChannel;                                        // ADC 采集通道数
}ADC_InitTypeDef;


ADC_Mode：配置 ADC 的模式，当使用一个 ADC 时是独立模式，使用两个 ADC 时
是双模式，在双模式下还有很多细分模式可选。


ScanConvMode：可选参数为 ENABLE 和 DISABLE，配置是否使用扫描。如果是单通
道 AD 转 换 使 用 DISABLE ， 如 果 是 多 通 道 AD 转 换 使 用 ENABLE 。


ADC_ContinuousConvMode：可选参数为 ENABLE 和 DISABLE，配置是启动自动连
续转换还是单次转换。使用 ENABLE 配置为使能自动连续转换；使用 DISABLE 配置为单
次转换，转换一次后停止需要手动控制才重新启动转换。


ADC_ExternalTrigConv：外部触发选择，框图中中列举了很多外部触发条件，可根据
项目需求配置触发来源。一般使用软件自动触发。


ADC_DataAlign：转换结果数据对齐模式，可选右对齐 ADC_DataAlign_Right 或者左
对齐 ADC_DataAlign_Left。一般选择右对齐模式。不然读取数据 还得处理。


ADC_NbrOfChannel：AD 转换通道数目，根据实际设置即可。具体的通道数和通道的
转换顺序是配置规则序列或注入序列寄存器


实例一：《中断单通道读取ADC》
编程要点


初始 ADC 用到的 GPIO；
设置 ADC 的工作参数并初始化；
设置 ADC 工作时钟；
设置 ADC 转换通道顺序及采样时间；
配置使能 ADC 转换完成中断，在中断内读取转换完数据；
使能 ADC；
使能软件触发 ADC 转换。
ADC 转换结果数据使用中断方式读取，这里没有使用 DMA 进行数据传输。
1.初始 ADC 用到的 GPIO


void ADCx_GPIO_Config(void)
{  //以PA1为例
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
        //开启GPIO时钟
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
        //选择模拟模式
        GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
        GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
       
        GPIO_Init(ADCx_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruct);
}


2.配置ADC


void ADCx_Config(void)
{  //ADC1  Channel_1
        ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
        //开启ADC时钟
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);


        ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                // 只使用一个ADC，属于单模式
        ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;                  //只有一个通道，关闭扫描模式
        ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;                // 连续转换模式
        ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;// 不用外部触发转换，软件启即可
        ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;        // 转换结果右对齐
        ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;   // 转换通道个数
        //初始化
        ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStruct);
       
        //配置ADC时钟Ｎ狿CLK2的8分频，即9MHz
        RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
       
        // 配置ADC 通道的转换顺序和采样时间
        ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_1_Channel,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
       
        // ADC 转换结束产生中断，在中断服务程序中读取转换值
        ADC_ITConfig(ADC1, ADC_IT_EOC, ENABLE);


        // 开启ADC ，并开始转换
        ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
       
        ADC_ResetCalibration(ADC1);
        // 等待校准寄存器初始化完成
        while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
        // ADC开始校准
        ADC_StartCalibration(ADC1);
        // 等待校准完成
        while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
       
        // 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换
        ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
}


3.配置NVIC


void ADC_NVIC_Config(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
        // 优先级分组
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);


  // 配置中断优先级
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ADC1_2_IRQn;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}


4.编写中断服务函数


void ADC1_2_IRQHandler(void)
{       
       
        uint8_t i = 0;
        if (ADC_GetITStatus(ADC_x,ADC_IT_EOC)==SET)
        {
                 //读取ADC的转换值
                  ADC_Convert_Value =(float)ADC_GetConversionValue(ADC_x)/4096*3.3;
                ADC_ClearITPendingBit(ADC_x,ADC_IT_EOC); //清除转换完成标志位，等待下一次
        }
}


5.测试函数


uint16_t ADC_USART_Value = 0;
uint16_t ADC_USART_Value2 = 0;
void _ADC_IT_Init(void)
{
        ADCx_GPIO_Config();
        ADCx_Config();
        ADC_NVIC_Config();
       
}
void  delay(uint32_t count)
{
        while(count--);
}
int main(void)
{
        LED_GPIO_Config();
        USARTx_Config();
        ADC_IT_Init();
        printf("rn ----这是一个ADC多通道采集实验----rn");
    while(1)
        {
                ADC_USART_Value 2=(float) ADC_USART_Value ;
                printf("rn The current AD value = 0x%04X rn", ADC_USART_Value;
                printf("rn The current AD value = %f V rn",ADC_USART_Value2);
                printf("rnrn");
                delay(0x3fffff);
    }         
}


实例二：《DMA多通道读取ADC》

编程要点

• 初始 ADC 用到的 GPIO；
  
• 设置 ADC 的工作参数并初始化；
  
• 设置 ADC 工作时钟；
  
• 设置 ADC 转换通道顺序及采样时间；
  
• 配置使能 ADC 转换完成中断，在中断内读取转换完数据；
  
• 使能 ADC；
  
• 使能软件触发 ADC 转换。
  这里使用 DMA 进行数据传输，还需配置DMA。
  
  

有一点需要注意 仅 ADC1 和 ADC3 有DMA传输功能。分别对应
DMA1 的通道 1
DMA2 的通道 5










1
.初始 ADC 用到的 GPIO


void ADCx_GPIO_Config(void)
{
       
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
       
        RCC_APB2PeriphClockCmd(ADCx_GPIO_CLK,ENABLE);
       
        GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
        GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = ADC_1_Pin|
                                                        ADC_1_Pin|    //ADC_2_Pin和SUART冲突  因此删除
                                                       ADC_3_Pin|
                                                           ADC_4_Pin|
                                                           ADC_5_Pin|
                                                       ADC_6_Pin|
                                                           ADC_7_Pin;
        GPIO_Init(ADCx_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruct);
}


2.初始 DMA


void ADC_DMA_Config(void)
{
        DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;
       
        RCC_AHBPeriphClockCmd(DMA_CLK,ENABLE);
       
        //外设基址为：ADC 数据寄存器地址
        DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&(ADC_x->DR));       
       
        // 存储器地址
        DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)ADC_USART_Value;       
       
        // 数据源来自外设
        DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
       
        //缓冲区大小，应该等于数据目的地的大小
        DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = BUFFERSIZE;       
               
        // 外设寄存器只有一个，地址不用递增                                                               
        DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
       
        //存储器地址递增
        DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;       
       
        //外设数据大小为半字，即两个字节                       
        DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize =        DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
       
        //内存数据大小也为半字，跟外设数据大小相同
        DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
       
        //循环传输模式
        DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;       
       
        //DMA传输通道优先级为高，当使用一个DMA通道时，优先级设置不影响
        DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
       
        //禁止存储器到存储器模式，因为是从外设到存储器
        DMA_InitStruct.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
       
        DMA_Init(DMA_CHANNEL,&DMA_InitStruct);
       
        DMA_Cmd(DMA_CHANNEL,ENABLE);
       
}


3.初始 ADC


void ADCx_Config(void)
{
        ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
        //开启ADC时钟
        RCC_APB2PeriphClockCmd(ADCx_CLK,ENABLE);


        ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;        // 只使用一个ADC，属于单模式
        ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = ENABLE;  //6通道开启扫描
        ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;// 连续转换模式
        ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;// 不用外部触发转换，软件开启即可
        ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;        // 转换结果右对齐
        ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = ADC_num;   // 转换通道个数
        //初始化
        ADC_Init(ADC_x,&ADC_InitStruct);
       
        //配置ADC时钟Ｎ狿CLK2的8分频，即9MHz
        RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
       
        // 配置ADC 通道的转换顺序和采样时间
        ADC_RegularChannelConfig(ADC_x,ADC_1_Channel,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
        ADC_RegularChannelConfig(ADC_x,ADC_4_Channel,2,ADC_SampleTime_55Cycles5); //A2  A3用于串口
        ADC_RegularChannelConfig(ADC_x,ADC_5_Channel,3,ADC_SampleTime_55Cycles5);
        ADC_RegularChannelConfig(ADC_x,ADC_6_Channel,4,ADC_SampleTime_55Cycles5);
        ADC_RegularChannelConfig(ADC_x,ADC_7_Channel,5,ADC_SampleTime_55Cycles5);


        // 使能ADC DMA 请求
        ADC_DMACmd(ADC_x, ENABLE);
       
        // 开启ADC ，并开始转换
        ADC_Cmd(ADC_x,ENABLE);
       
        ADC_ResetCalibration(ADC_x);
        // 等待校准寄存器初始化完成
        while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_x));
        // ADC开始校准
        ADC_StartCalibration(ADC_x);
        // 等待校准完成
        while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC_x));
       
        // 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换
        ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_x,ENABLE);
}


void ADCx_DMA_Init(void)
{
        ADCx_GPIO_Config();
        ADC_DMA_Config();
        ADCx_Config();
}


4.测试函数


void  delay(uint32_t count)
{
        while(count--);
}


int main(void)
{
                LED_GPIO_Config();
                USARTx_Config();
       
                ADCx_DMA_Init();


                //ADC_IT_Init();
         
          printf("rn ----这是一个ADC多通道采集实验----rn");
    while(1)
                {
                       
                        printf("r PA1 value = %f V rn",(float)ADC_USART_Value[0]/4096*3.3);
                        printf("r PA4 value = %f V rn",(float)ADC_USART_Value[1]/4096*3.3);
                        printf("r PA5 value = %f V rn",(float)ADC_USART_Value[2]/4096*3.3);
                        printf("r PA6 value = %f V rn",(float)ADC_USART_Value[3]/4096*3.3);
                        printf("r PA7 value = %f V rnnnnn",(float)ADC_USART_Value[4]/4096*3.3);
                        delay(0x3fffff);
    }         
}


头文件
#include "bsp_dma.h"


#ifndef _BSP_DMA_H_
#define        _BSP_DMA_H_


#include "stm32f10x.h"


#define        BUFFERSIZE                                5
#define DMA_CHANNEL                                DMA1_Channel1   //手册
#define DMA_CLK                                                RCC_AHBPeriph_DMA1




void ADC_DMA_Config(void);


#endif /*_BSP_DMA_H_*/


#include "bsp_adc.h"


#ifndef _BSP_ADC_H_
#define        _BSP_ADC_H_
#include "stm32f10x.h"


#define        ADC_num                                                                5


#define        ADC_x                                                                ADC1
#define ADCx_CLK                                                        RCC_APB2Periph_ADC1


#define ADCx_GPIO_PORT                                                GPIOA
#define ADCx_GPIO_CLK                                                RCC_APB2Periph_GPIOA


#define ADC_1_Pin                                                        GPIO_Pin_1
#define ADC_2_Pin                                                        GPIO_Pin_2
#define ADC_3_Pin                                                        GPIO_Pin_3
#define ADC_4_Pin                                                        GPIO_Pin_4
#define ADC_5_Pin                                                        GPIO_Pin_5
#define ADC_6_Pin                                                    GPIO_Pin_6
#define ADC_7_Pin                                                        GPIO_Pin_7


#define ADC_1_Channel                                                ADC_Channel_1
#define ADC_2_Channel                                                ADC_Channel_2
#define ADC_3_Channel                                                ADC_Channel_3
#define ADC_4_Channel                                                ADC_Channel_4
#define ADC_5_Channel                                                ADC_Channel_5
#define ADC_6_Channel                                                ADC_Channel_6
#define ADC_7_Channel                                                ADC_Channel_7


extern uint16_t ADC_USART_Value[ADC_num];
extern float ADC_Convert_Value[ADC_num];


void ADCx_GPIO_Config(void);
void ADCx_Config(void);
void ADC_DMA_Config(void);
void ADCx_DMA_Init(void);


#endif /*_BSP_ADC_H_*/