浅析STM32F407 ADC的相关知识

　　ADC，即Anolog to Digital Converter，模拟信号到数字信号的转换。
　　模拟信号：连续的信号，就像连续函数一样的
　　数字信号：离散的信号，数字信号，就像点一样。
　　举例：若我们要将3.3V的交流电压，正弦信号转化为数字信号，若3.3V用数字信号100表示，则1.65V则用熟悉信号50表示。
　　一。 采集信号范围：0-3.3V
　　ADC 输入范围为： VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。由 VREF-、 VREF+ 、 VDDA 、 VSSA、这四个外部引脚决定。在设计时，已经将VREF-与VSSA（模拟地）接在一起，而VREF+=3.3V，因此输入范围为0-3.3V。
　　
　　问题：若想要测超出这个范围的电压怎么办？举例，测量-10V —10V
　　对输入信号进行外部处理。
　　-10V-》0V 10V-》3.3V
　　
　　
　　电阻的确定：先确定其中两个，再确定最后一个。
　　二。 3路18通道
　　STM32F407有三路ADC，分别是ADC1，ADC2，ADC3，每一路有18个通道，有16个外部可以看到的通道，有两个内部通道。但是并不是说有三路，每路18个通道就总共有48个（不同）通道，三路有些通道是一样的，加起来外部总的有23个通到可以使用。对于ADC1来说，只有PA6，PB0，PB1，PC2没有被复用过，可以纯净的用作ADC1，其他的I/O口已经在其他地方使用，可能采集的信号会有杂波，使用被复用过的I/O口时，可以在使用之前做一个小测试，将I/O单独接入0V或者3.3V，观察能否采集到这两个极值，如果能的话，就说明基本不会产生杂波影响。（野火版的）
　　
　　（野火版F407 ADC与I/O的对应）
　　
　　（正点原子版F407与I/O的对应）
　　通道类型：规则通道和注入通道
　　
　　什么是注入通道，什么是规则通道？
　　注入通道：可以理解为插入，插队的意思，是一种不安分的通道。它是一种在规则通道转换的时候强行插入要转换的一种。如果在规则通道转换过程中，有注入通道插队，那么就要先转换完注入通道，等注入通道转换完成后，再回到规则通道的转换流程。这点跟中断程序很像。因此注入通道只有在规则通道存在时才会出现。
　　规则通道就是很规矩的意思，我们平时一般使用的就是这个通道，或者应该说我们用到的都是这个通道
　　三 。通道的优先顺序
　　通道的优先顺序由以下寄存器控制，详见STM32F4XX中文参考手册
　　
　　规则序列通道的优先顺序
　　
　　说明：SQR1的SQL决定需要控制的通道数，取值范围在1-16。若你想让通道0优先顺序为1，则你在SQR3的SQ1［4:0］位写入0x00就好了。
　　注入通道的优先顺序
　　
　　四。触发源：告诉ADC开始采集的这个信号就叫触发
　　
　　详见STM32F4XX中文参考手册：
　　
　　五。转换时间
　　转换时间=采样周期（自己设置，最大为3，也是最快的）+分辨率个周期（12位分辨率就是12个周期）
　　ADC的周期：ADC_ CLK（挂在APB2总线下） ： ADC模拟电路时钟，最大值为36M，由PCLK2提供，还可分频，2/4/6/8 ， ADC_ CCR的ADCPRE［1:0］设置。PCLK2= 84M。有关ADC_ CLK时钟的具体描述参考datasheet:5.3.21
　　数字时钟： RCC APB2ENR ，用于访问寄存器
　　采样时间
　　采样时间： ADC需要若干个ADC_ CLK周期完成对输入的模拟量进行采样，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。每个通道可以分别用不同的时间采样。其中采样周期最小是3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3个周期，这里说的周期就是1/ADC_ CLK。
　　
　　举例：最短的转换时间：Tconv=采样时间+12个周期（12）
　　PCLK2=84M，ADC_CLK=84/4=21M
　　Tconv =3+12 = 15周期 = 15/21us=0.71us
　　六。转换方式
　　
　　七。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。如果是使用双重或者三重模式那规矩组的数据：是存放在通用规则寄存器ADC_ CDR内的。
　　
　　规则数据寄存器：ADC_ DR寄存器
　　
　　1.1. 只有16位有效数据，用于存放单个ADC模式转换完成数据
　　1.2. 根据ADC_CR2:ALIGN位选择数据对齐方式
　　1.3. 只有一个规则通道数据寄存器，由于数据都是存放在这个数据寄存器中，如果不及时取走，数据就会被覆盖，因此多通道的时候最好使用中断或着DMA 模式。我们可以将每一个通道的数据放入不同数组，再通过DMA得到数据。
　　注入数据寄存器
　　
　　2.1. 只有16位有效数据，用于存放单个ADC模式转换完成数据
　　2.2. 根据ADC_CR2:ALIGN位选择数据对齐方式
　　2.3. 有四个这样的寄存器
　　ADC_CDR
　　
　　
　　1-32位有效，双重或者三重ADC使用，必须配合DMA
　　八.ADC的中断
　　涉及到的寄存器：
　　1 ADC _ SR ， ADC_ CR1
　　2 ADC_ HTR ， ADC_ LTR
　　
　　看门狗中断是用来保护模拟信号范围的。举例：若采集到的信号电压范围为1V-3V，那么我们可以设置阈值上限电压为3V，阈值下限电压为1V，这样超出这个数据范围之外的错误电压信号就可以报警产生中断了。
　　模拟看门狗如何保护多个通道：
　　
　　九。模拟量计算：
　　怎么根据数据量算出模拟量
　　1-电压输入范围为： 0~3.3V
　　2-分辨率为12位
　　3-最小精度为： 3.3/2^12
　　4-设数字量为X ，则有模拟量Y =（3.31 2^12）*X
　　十。 单通道ADC1+定时器3触发并在LCD上显示波形和幅值的程序源码
　　adc.h文件
　　#ifndef __ADC_H
　　#define __ADC_H
　　#include “sys.h”
　　#define TableSize 320
　　void Adc1_Init（void）;
　　void ADC_IRQHandler（void）;
　　#endif
　　adc.c文件
　　#include “adc.h”
　　#include “delay.h”
　　#include “timer.h”
　　u32 ADC_EndFlag;
　　float Sintable［TableSize］;
　　void Adc1_Init（void）
　　{
　　ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
　　ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStruct;
　　NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
　　RCC_AHB1PeriphClockCmd（RCC_AHB1Periph_GPIOA， ENABLE）; //使能 GPIOA 时钟
　　RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_ADC1， ENABLE）; //使能 ADC1 时钟
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1; //选择ADC1通道1
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AN; //设置成模拟输入模式
　　GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_NOPULL; //不使用上拉和下拉
　　GPIO_Init（GPIOA，&GPIO_InitStructure）;
　　RCC_APB2PeriphResetCmd（RCC_APB2Periph_ADC1，ENABLE）; //ADC1复位
　　RCC_APB2PeriphResetCmd（RCC_APB2Periph_ADC1，DISABLE）; //复位结束
　　ADC_CommonInitStruct.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent; //ADC独立工作模式
　　ADC_CommonInitStruct.ADC_Prescaler=ADC_Prescaler_Div4; //ADC1挂在APB2=84M，因此ADC时钟频率21MHZ
　　ADC_CommonInitStruct.ADC_DMAAccessMode=ADC_DMAAccessMode_Disabled; //ADC1通道不采用直接访问DMA模式
　　ADC_CommonInitStruct.ADC_TwoSamplingDelay=ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles; //两个采样时间之间的延迟，双重或者多重才有效
　　ADC_CommonInit（&ADC_CommonInitStruct）;
　　ADC_InitStruct.ADC_Resolution=ADC_Resolution_12b; //12位分辨率
　　ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode=DISABLE; //采用单通道，因此不需要开启扫描模式
　　ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE; //不开启连续采集，否则除开第一次后面的数据采集就不是定时器采集了
　　ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConvEdge=ADC_ExternalTrigConvEdge_Rising; //上升沿触发有效
　　ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO; //定时器TIM3触发
　　ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //数据右对齐
　　ADC_InitStruct.ADC_NbrOfConversion = 1; //转换通道1个，这个通道是指每个ADC的通道数
　　ADC_Init（ADC1，&ADC_InitStruct）;
　　ADC_ITConfig（ADC1，ADC_IT_EOC，ENABLE）;
　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=ADC_IRQn; //选择TIM3的定时器中断
　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x03; //抢占优先级为3
　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x02; //子优先级为2
　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
　　NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;
　　ADC_Cmd（ADC1， ENABLE）; //开启AD转换器
　　ADC_RegularChannelConfig（ADC1， ADC_Channel_1， 1， ADC_SampleTime_144Cycles ）; //设置指定 ADC 的规则组通道1（PA1），第一个采集，采样时间144个周期，一个周期为1/21us
　　}
　　void ADC_IRQHandler（void）
　　{
　　static u32 n=0;
　　if（ADC_GetFlagStatus（ADC1，ADC_FLAG_EOC）！=RESET） //等待转换结束
　　{
　　Sintable［n++］=ADC_GetConversionValue（ADC1）*3.3f/4096; //返回最近一次 ADC1 规则组的转换结果 //将读取到的数字量存入数组中
　　}
　　if（n==TableSize）
　　{
　　n=0;
　　ADC_EndFlag=1;
　　ADC_ITConfig（ADC1，ADC_IT_EOC，DISABLE）; //采集TableSize个数据后关闭ADC中断
　　}
　　ADC_ClearITPendingBit（ADC1，ADC_FLAG_EOC）; //清除中断标志位
　　}
　　timer.c文件
　　#include “timer.h”
　　#include “math.h”
　　#include “adc.h”
　　void TIM3_Int_Init（u16 arr，u16 psc）
　　{
　　TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
　　RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM3，ENABLE）; //使能TIM3上的APB1时钟
　　TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=psc; //TIM3的定时器分频系数
　　TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //TIM3为向下计数方式
　　TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=arr; //TIM3的自动重装载值
　　TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //时钟分频因子
　　TIM_TimeBaseInit（TIM3，&TIM_TimeBaseInitStruct）;
　　TIM_SelectOutputTrigger（TIM3， TIM_TRGOSource_Update）; //定时器2更新触发DAC
　　TIM_Cmd（TIM3，ENABLE）; //使能定时器3
　　}
　　mian.c文件
　　#include “sys.h”
　　#include “lcd.h”
　　#include “adc.h”
　　#include “delay.h”
　　#include “usart.h”
　　#include “led.h”
　　#include “timer.h”
　　extern float Sintable［TableSize］;
　　extern u32 SINtable［TableSize］;
　　extern u32 ADC_EndFlag;
　　void WaveformDisplay（） //在LCD屏幕上显示波型
　　{
　　u32 i;
　　u32 m=1;
　　for（i=1;i《TableSize;i++）
　　{
　　LCD_DrawLine（m-1，120-20*Sintable［i-1］，m，120-20*Sintable［i］）; //120就是确定一个标准的X轴，20是将实际的电压量数值变大，好在LCD上显示
　　m++;
　　}
　　}
　　float MAX（void） //读取采集电压中最大的电压
　　{
　　float max1=0;
　　u32 i=0;
　　for（i=0;i《TableSize;i++）
　　{
　　if（Sintable［i］》max1）
　　max1=Sintable［i］;
　　}
　　return max1;
　　}
　　int main（void）
　　{
　　float max1=0;
　　u16 adcx;
　　NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_2）; //设置系统中断优先级分组2
　　delay_init（168）; //初始化延时函数
　　uart_init（115200）; //初始化串口波特率为115200
　　LED_Init（）; //初始化LED
　　LCD_Init（）; //初始化LCD接口
　　Adc1_Init（）; //初始化ADC
　　TIM3_Int_Init（4，83）; //5us定时器开始触发
　　LCD_Display_Dir（1）; //横屏显示
　　POINT_COLOR=RED;
　　while（1）
　　{
　　if（ADC_EndFlag==1）
　　{
　　LCD_Clear（WHITE）;
　　WaveformDisplay（）;
　　LCD_ShowString（30，150，200，16，16，“ADC1_CH1_VOL:0.000V”）; //这里显示了小数点
　　max1=MAX（）;
　　adcx=max1; //赋值整数部分给 adcx 变量，因为 adcx 为 u16 整型
　　LCD_ShowxNum（134，150，adcx，1，16，0）; //显示电压值的整数部分
　　max1-=adcx; //把已经显示的整数部分去掉，留下小数部分，比如 3.1111-3=0.1111
　　max1*=1000; //小数部分乘以 1000，例如： 0.1111 就转换为 111.1，保留三位小数。
　　LCD_ShowxNum（150，150，max1，3，16，0X80）; //显示小数部分
　　ADC_EndFlag=0;
　　ADC_ITConfig（ADC1，ADC_IT_EOC，ENABLE）; //开启ADC中断，实现实时采集
　　}
　　LED0=！LED0;
　　delay_ms（50）;
　　}
　　}