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12位ADC简介
12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有多达19个通道,可测量16个外部和2个内部信号源和Vbat通道。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。 有16个多路通道。 STM32F407的ADC可谓是非常强大,有3个ADC每个ADC最大的采样率达到了0.41us(既2.4M),如果3个ADC在规则组模式下同时采样最快可以达到7.2M的采样率。 在讲解ADC采样之前ADC的时钟ADCCLK是一个非常关键的因素。ADCCLK的时钟来自于APB2(AHB一般为系统时钟的1分频168M,APB1为系统时钟的4分频42M,APB2为系统时钟的2分频84M),最终ADCCLK的时钟是通过Fpclk2通过2、4、6、8分频而来,在这里提一下stm32的时钟,其实理解一块stm32芯片理解其不同的时钟线是非常关键的事情,可能有些人看到Fpclk2可能就蒙了,其实Fpclk2就是APB2的意思这里自己可以在编程文档中找到。 在stm32F4-discovery开发板中adc的例程中系统的时钟总线为SYSCLK为144M,经过2分频到APB2为72M,ADCCLK如果采用最小的2分频为36M。 ADC的采样时间是按照:Tconv = Sampling time + 12 cycles,当采样时间为3cycles时,总的转换时间为15个ADCCLK,ADCCLK在36M下即为2.4M。可以这么说对于ADC的采样时间非常的重要。 stm32F4的ADC涉及到一个规则组和注入组的概念这里就不提了,自己可以通过查看文档来解决,其实就是转换的方式不同而已。 既然ad采样好了,那么对连续或交替的ad采样中数据的搬移是一个关键,这里stm32F4提供了3种高效的DMA搬运方法: DMA模式1:单次触发模式,当ADC转换完成就进行ADC转换数据的搬移。 DMA模式2:2次转换触发,当有ADC1和ADC2同时交替工作时,每完成1次交替转换,就将ADC1的数据放在低半字,将ADC2的数据放在高半字。 当有ADC1和ADC2及ADC3同时交替工作时,每完成一次交替转换,就将就将ADC1的数据放在低半字,将ADC2的数据放在高半字,在下一次交替工作的时候将ADC3的数据放在低半字,将新一次的ADC1数据放在高半字。 DMA模式3:该模式类似于模式2,但是只能用于交替模式且转换位数为6或8位,每转换2个ADC将数据以半字存放。 在本章中只讲解最简单的ADC读取,然后通过串口输出 硬件资源连接 ## 解析 通过一个形象的例子可以说明:假如你在家里的院子内放了5个温度探头,室内放了3个温度探头;你需要时刻监视室外温度即可,但偶尔你想看看室内的温度;因此你可以使用规则通道组循环扫描室外的5个探头并显示AD转换结果,当你想看室内温度时,通过一个按钮启动注入转换组(3个室内探头)并暂时显示室内温度,当你放开这个按钮后,系统又会回到规则通道组继续检测室外温度。从系统设计上,测量并显示室内温度的过程中断了测量并显示室外温度的过程,但程序设计上可以在初始化阶段分别设置好不同的转换组,系统运行中不必再变更循环转换的配置,从而达到两个任务互不干扰和快速切换的结果。可以设想一下,如果没有规则组和注入组的划分,当你按下按钮后,需要从新配置AD循环扫描的通道,然后在释放按钮后需再次配置AD循环扫描的通道。上面的例子因为速度较慢,不能完全体现这样区分(规则通道组和注入通道组)的好处,但在工业应用领域中有很多检测和监视探头需要较快地处理,这样对AD转换的分组将简化事件处理的程序并提高事件处理的速度。 STM32F4其ADC的规则通道组最多包含16个转换,而注入通道组最多包含4个通道。 STM32F4的ADC在单次转换模式下,只执行一次转换,该模式可以通过ADC_CR2寄存器的ADON位(只适用于规则通道)启动,也可以通过外部触发启动(适用于规则通道和注入通道),这时CONT位为0。 以规则通道为例,一旦所选择的通道转换完成,转换结果将被存在ADC_DR寄存器中,EOC(转换结束)标志将被置位,如果设置了EOCIE,则会产生中断。然后ADC将停止,直到下次启动 接下来,我们介绍一下我们执行规则通道的单次转换,需要用到的ADC寄存器。第一个要介绍的是ADC控制寄存器(ADC_CR1和ADC_CR2)。ADC_CR1的各位描述如图所示: ADC_CR1的SCAN位,该位用于设置扫描模式,由软件设置和清除,如果设置为1,则使用扫描模式,如果为0,则关闭扫描模式。在扫描模式下,由ADC_SQRx或ADC_JSQRx寄存器选中的通道被转换。如果设置了EOCIE或JEOCIE,只在最后一个通道转换完毕后才会产生EOC或JEOC中断。 ADC_CR1[25:24]用于设置ADC的分辨率,详细的对应关系如图所示 本章我们使用12位分辨率,所以设置这两个位为0就可以了。接着我们介绍ADC_CR2,该寄存器的各位描述如图所示: 该寄存器我们也只针对性的介绍一些位:ADON位用于开关AD转换器。而CONT位用于设置是否进行连续转换,我们使用单次转换,所以CONT位必须为0。ALIGN用于设置数据对齐,我们使用右对齐,该位设置为0。 EXTEN[1:0]用于规则通道的外部触发使能设置,详细的设置关系如图所示 我们这里使用的是软件触发,即不使用外部触发,所以设置这2个位为0即可。ADC_CR2的SWSTART位用于开始规则通道的转换,我们每次转换(单次转换模式下)都需要向该位写1。 第二个要介绍的是ADC通用控制寄存器(ADC_CCR),该寄存器各位描述如图所示: 该寄存器我们也只针对性的介绍一些位:TSVREFE位是内部温度传感器和Vrefint通道使能位,内部温度传感器我们将在下一章介绍,这里我们直接设置为0。ADCPRE[1:0]用于设置ADC输入时钟分频,00~11分别对应2/4/6/8分频,STM32F4的ADC最大工作频率是36Mhz,而ADC时 钟(ADCCLK)来 自APB2,APB2频率一般是84Mhz,所以我们一般设置ADCPRE=01,即4分频,这样得到ADCCLK频率为21Mhz。MULTI[4:0]用于多重ADC模式选择,详细的设置关系如图所示: 本章我们仅用了ADC1(独立模式),并没用到多重ADC模式,所以设置这5个位为0即可 第三个要介绍的是ADC采样时间寄存器(ADC_SMPR1和ADC_SMPR2),这两个寄存器用于设置通道0~18的采样时间,每个通道占用3个位。ADC_SMPR1的各位描述如图所示: 对于每个要转换的通道,采样时间建议尽量长一点,以获得较高的准确度,但是这样会降低ADC的转换速率。ADC的转换时间可以由以下公式计算: Tcovn=采样时间+12个周期 其中:Tcovn为总转换时间,采样时间是根据每个通道的SMP位的设置来决定的。例如,当ADCCLK=21Mhz的时候,并设置3个周期的采样时间,则得到:Tcovn=3+12=15个周期=0.71us。 第四个要介绍的是ADC规则序列寄存器(ADC_SQR1~3),该寄存器总共有3个,这几个寄存器的功能都差不多,这里我们仅介绍一下ADC_SQR1,该寄存器的各位描述如图所示: [3:0]用于存储规则序列的长度,我们这里只用了1个,所以设置这几个位的值为0。其他的SQ1316则存储了规则序列中第1316个通道的编号(0~18)。另外两个规则序列寄存器同ADC_SQR1大同小异,我们这里就不再介绍了,要说明一点的是:我们选择的是单次转换,所以只有一个通道在规则序列里面,这个序列就是SQ1,至于SQ1里面哪个通道,完全由用户自己设置,通过ADC_SQR3的最低5位(也就是SQ1)设置。 第五个要介绍的是ADC规则数据寄存器(ADC_DR)。规则序列中的AD转化结果都将被存在这个寄存器里面,而注入通道的转换结果被保存在ADC_JDRx里面。ADC_DR的各位描述如图: 这里要提醒一点的是,该寄存器的数据可以通过ADC_CR2的ALIGN位设置左对齐还是右对齐。在读取数据的时候要注意。 最后一个要介绍的ADC寄存器为ADC状态寄存器(ADC_SR),该寄存器保存了ADC转换时的各种状态。该寄存器的各位描述如图所示: 代码讲解 整体流程 ① 开启PA时钟和ADC1时钟,设置PA1为模拟输入。 RCC_AHB1PeriphClockCmd (RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); GPIO_Init(); 对于IO初始化要注意的是这里采用的模式为模拟输入模式: GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN; ② 复位ADC1: ADC_DeInit(); ; 其中的 ADC_Resolution选择了12位,因为寄存器为16位,放不满,所以还要设置它的对齐方式。只用到了一个通道,因此转换规则序列为1。 在库函数中,初始化CCR寄存器是通过调用ADC_CommonInit来实现的: void ADC_CommonInit(ADC_CommonInitTypeDef*ADC_CommonInitStruct) 这里我们不再李处初始化结构体成员变量,而是直接看实例。初始化实例为: ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode =ADC_Mode_Independent;//独立模式 ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay= ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles; ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled; ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler =ADC_Prescaler_Div4; ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化 第一个参数ADC_Mode用来设置是独立模式还是多重模式,这里我们选择独立模式。 第二个参数ADC_TwoSamplingDelay用来设置两个采样阶段之间的延迟周期数。这个比较好理解。取值范围为:ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles~ADC_TwoSamplingDelay_20Cycles。 第三个参数ADC_DMAAccessMode是DMA模式禁止或者使能相应DMA模式。 第四个参数ADC_Prescaler用来设置ADC预分频器。这个参数非常重要,这里我们设置分频系数为4分频ADC_Prescaler_Div4,保证ADC1的时钟频率不超过36MHz。 3)初始化ADC1参数,设置ADC1的转换分辨率,转换方式,对齐方式,以及规则序列等相关信息。 在设置完分通用控制参数之后,我们就可以开始ADC1的相关参数配置了,设置单次转换模式、触发方式选择、数据对齐方式等都在这一步实现。具体的使用函数为: void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx,ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct) 初始化实例为: ADC_InitStructure.ADC_Resolution =ADC_Resolution_12b;//12位模式 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =DISABLE;//非扫描模式 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE;//关闭连续转换 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge= ADC_ExternalTrigConvEdge_None; //禁止触发检测,使用软件触发 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign =ADC_DataAlign_Right;//右对齐 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion =1;//1个转换在规则序列中 ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//ADC初始化 第一个参数ADC_Resolution用来设置ADC转换分辨率。取值范围为:ADC_Resolution_6b, ADC_Resolution_8b,ADC_Resolution_10b和ADC_Resolution_12b。 第二个参数ADC_ScanConvMode用来设置是否打开扫描模式。这里我们设置单次转换所以不打开扫描模式,值为DISABLE。 第三个参数ADC_ContinuousConvMode用来设置是单次转换模式还是连续转换模式,这里我们是单次,所以关闭连续转换模式,值为DISABLE。 第三个参数ADC_ExternalTrigConvEdge用来设置外部通道的触发使能和检测方式。这里我们直接禁止触发检测,使用软件触发。还可以设置为上升沿触发检测,下降沿触发检测以及上升沿和下降沿都触发检测。 第四个参数ADC_DataAlign 用来设置数据对齐方式。取值范围为右对齐 ADC_DataAlign_Right和左对齐ADC_DataAlign_Left。 第五个参数ADC_NbrOfConversion用来设置规则序列的长度,这里我们是单次转换,所以值为1即可。 实际上还有个参数ADC_ExternalTrigConv是用来为规则组选择外部事件。因为我们前面配置的是软件触发,所以这里我们可以不用配置。如果选择其他触发方式方式,这里需要配置。 4)开启AD转换器。 在设置完了以上信息后,我们就开启AD转换器了(通过ADC_CR2寄存器控制)。 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器 5)读取ADC值。 在上面的步骤完成后,ADC就算准备好了。接下来我们要做的就是设置规则序列1里面的通道,然后启动ADC转换。在转换结束后,读取转换结果值值就是了。 这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是: void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime); 我们这里是规则序列中的第1个转换,同时采样周期为480,所以设置为: ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_480Cycles ); 软件开启ADC转换的方法是: ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能 开启转换之后,就可以获取转换ADC转换结果数据,方法是: ADC_GetConversionValue(ADC1); 同时在AD转换中,我们还要根据状态寄存器的标志位来获取AD转换的各个状态信息。库函数获取AD转换的状态信息的函数是: FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_FLAG) 比如我们要判断ADC1的转换是否结束,方法是: while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));//等待转换结束 这里还需要说明一下ADC的参考电压,探索者STM32F4开发板使用的是STM32F407ZGT6,该芯片只有Vref+参考电压引脚,Vref+的输入范围为:1.8~VDDA。探索者STM32F4开发板通过P7端口,来设置Vref+的参考电压,默认的我们是通过跳线帽将ref+接到VDDA,参考电压就是3.3V。如果大家想自己设置其他参考电压,将你的参考电压接在Vref+上就OK了(注意要共地)。另外,对于还有Vref-引脚的STM32F4芯片,直接就近将Vref-接VSSA就可以了。 ⑧ 等待转换完成,读取ADC值。 用while判断转换是否完成,调取ADC_GetFlagStatus可以知道当前转换的状态。 最后返回ADC_GetConversionValue(ADC1)的值。 |
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在主函数只需对读取到的数值进行相应的转换输出即可。
#include"stm32f4xx.h" #include"sys.h" #include static GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; static NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; static USART_InitTypeDef USART_InitStructure; static ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; static ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure; void delay_ms(uint32_t n) { while(n--) { SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick,关闭系统定时器 SysTick->LOAD = (168000)-1; // 配置计数值(168000)-1 ~ 0 SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock while ((SysTick->CTRL & 0x10000)==0);// Wait until count flag is set } SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick } void delay_us(uint32_t n) { while(n--) { SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick,关闭系统定时器 SysTick->LOAD = (168)-1; // 配置计数值(168000)-1 ~ 0 SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock while ((SysTick->CTRL & 0x10000)==0);// Wait until count flag is set } SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick } void usart1_init(uint32_t baud) { //端口A硬件是能 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); //串口硬件是能 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF ; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //PF9应交连接到串口 GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1); GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1); //配置串口 USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;//波特率 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据为 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶效验为 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件流控制 USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//串口方式 允许收发数据 USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //配置中断触发方式 USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE); //配置终端优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //使能串口工作 USART_Cmd(USART1, ENABLE); } void adc_Init(void) { RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);//使能ADC RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure; //配置端口模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AN; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);//使能内部温度传感器 ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立工作模式 ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div2;//分屏 ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;//不需要映射数据 ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles; ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure); ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;//精度 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//单通道,否则为多通道 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//不断的转换 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//不需要内部脉冲出发 // ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1; ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右对齐存储 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;//几个转换通道 ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure); //通道链接PA5 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_56Cycles); ADC_Cmd(ADC1,ENABLE); } struct __FILE{int handle;}; FILE __stdout; FILE __stdin; int fputc(int ch,FILE *f) { USART_SendData(USART1,ch); while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET); return ch; } u16 Get_Adc(u8 ch) { //设置指定 ADC 的规则组通道,一个序列,采样时间 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_480Cycles ); ADC_SoftwareStartConv(ADC1); //使能指定的 ADC1 的软件转换启动功能 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束 return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次 ADC1 规则组的转换结果 } u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times) { u32 temp_val=0; u8 t; for(t=0;t temp_val+=Get_Adc(ch); delay_ms(5); } return temp_val/times; } short Get_Temprate(void) { u32 adcx; short result; double temperate; adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_16,20); //读取通道 16,20 次取平均 temperate=(float)adcx*(3.3/4096); //电压值 temperate=(temperate-0.76)/0.0025+25; //转换为温度值 result=temperate*=100; //扩大 100 倍. return result; } int main(void) { uint16_t adc_val,adc_v,temp; //波特率为115200 usart1_init(115200); printf("ADC testrn"); adc_Init(); ADC_SoftwareStartConv(ADC1);//启动ADC1转换 while(1) { //等待转换完毕 while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==RESET); ADC_ClearFlag(ADC1,ADC_FLAG_EOC); adc_val=ADC_GetConversionValue(ADC1); adc_v=adc_val*3300/4095; printf("电压为:%dmvrn",adc_v); printf("剩余点亮%d%% rn",adc_v/33); delay_ms(1000); temp=Get_Temprate(); printf("temp=%d.%drn",temp/100,temp%100); } } void USART1_IRQHandler(void) { uint8_t d=0; //判断标志位i if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET) { d=USART_ReceiveData(USART1); // if(d==0x01)PFout(10)=0; if(d==0xf1)PFout(10)=1; USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE); } //清空标志位 } (10)=0; if(d==0xf1)PFout(10)=1; USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE); } //清空标志位} |
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只有小组成员才能发言,加入小组>>
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