STM32F3系列 ADC 单端采样（基于LL库）
- 芯片型号:STM32f303RBT6
- 开发软件:MDK5 & CubeMX & VS Code
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引言
STM32F303系列单片机一般具有多个12位逐次逼近型(Successive approximatio)模数转换器(ADC,analog-to-digital converter)。STM32的ADC功能很多：单端采样、差分采样、主从模式、双ADC模式、注入模式等。本文作为学习笔记，记录最简单的单端(single-end)模式.
1 基础知识
1.1ADC转换基本流程
上图是STM32ADC的框图，黑色箭头我自己加的开关。其转换流程大概可以简略为：
- 接收到触发信号，摁下开关
- 外部电压经过外部电阻（
- 充电完成，松开开关，转换核心开始将电容上的电压值转为数字信号。
- 转换完成，转换结果存入ADC的数据寄存器中。
1.2 时钟树
STM32F3系列的单片机的ADC时钟有两路，一路为同步时钟（黑色），一路为异步时钟（蓝色）。异步时钟除了比同步时钟具有更多的分频选择，其他没有大的区别，其时钟最高频率也是相同的。
但是建议采用同步时钟，使用异步时钟时或许可能转换会出现问题，我也不知道什么原因。
1.3 关键参数
1.3.1 位数
ADC一般可以分为10bit、12bit、16bit等，这个bit就是指的位数。位数的含义就是能把参考电平分为2的多少次方份。
比如：10bit的ADC可以把参考电平分为1024份； 12bit的ADC可以把参考电平分为4096份。若是参考电压为3.3V，则10bitADC可以分辨的最小电压为
由此可见，ADC位数越大，其分辨率越高，采集到的电压相对越准确。
1.3.2 触发信号
触发信号对于ADC转换流程中的第一步，即告诉ADC什么时候开始转换。触发信号有很多种，常用的有：软件触发、定时器信号触发和外部触发等。
1.3.3 采样时间
采样时间对应ADC转换流程中的第二步，即开关摁下多久，外部信号对
例如：外电阻为5k，外电阻介入2.7k~8.2k之间，则可以选择的采样时间为
1.3.4 转换时间
转换时间指的是ADC将制定电压转为为数字信号所用的时间，这个时间一般不可以控制，与ADC的时钟周期有关，时钟周期越长则转换时间越小。
2 CubeMx 配置步骤
2.1 确定输入通道
选取ADC1-IN1通道作为检测通道，选择单端模式Single-ended。
2.2 配置ADC
重要参数介绍：
- Mode:independence即独立模式；
- Clock Prescale:选取同步时钟最为ADC的时钟，分频系数为１，即ADC时钟为72M
- Resolution(分辨率)：选取12bit
- Data Alignment(数据对其)：一般选右对齐
- End of Conversion selection(转换完成信号)：这个参数指定了何时ADC触发DMA和中断，有两个参数End of single conversion（EOC） 与 End of sequence of conversion（EOS)，即单次转换完成和顺序转换完成，由于我们只有一个通道选择这两个一样的，本次选择EOC。
- OverRun behavior(覆写行为)：若使能这个功能，则在ADC上次数据还没有读取的时候，新的输出产生时，会直接覆写上次数据。
- Lower Power Auto Wait(低功耗自动等待)：用于低功耗的功能。
- Enable Regular Conversations(使能常规转换组)：字面意思，使能常规组转换。
- Number of Conversion(转换数量):需要转换的信号有几个。
- External Trigger Conversion Source(外部触发源):触发信号是什么？软件、或定时器等。
- External Trigger Conversion Edge(外部触发边沿):指定触发类型，上升沿触发、或下降沿触发等
- Rank 1:
- Channal(通道号)：对应Channel1
- Sampling Time(采样时间)：对应上文的采样时间；
- Offset Number(通道偏移)：指定那个通道需要数据偏移。
- Offset(数值偏移)：即在采集到的数据减去一个数字偏置。
- ADC_Injected Conversions(ADC注入模式):暂时不需要。
- Analog Watchdog1~3()：看门狗功能，暂时不需要。
2.3 输出设置
使用LL库,剩下的按照常规配置就行。
2.4 MD5 设置
勾选Reset and Run，否则下载程序后单片机不会自动运行，复位后才会运行。
3 程序解读
3.1 ADC初始化
void MX_ADC1_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 0 */
/* USER CODE END ADC1_Init 0 */
LL_ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct = {0};
LL_ADC_REG_InitTypeDef ADC_REG_InitStruct = {0};
LL_ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStruct = {0};
LL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* Peripheral clock enable */
LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_ADC12); // 使能ADC时钟
LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_GPIOA); // 使能GPIOA时钟
/**ADC1 GPIO Configuration
PA0 ------> ADC1_IN1
*/
GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_ANALOG;
GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;
LL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 1 */
/* USER CODE END ADC1_Init 1 */
/** Common config
*/
ADC_InitStruct.Resolution = LL_ADC_RESOLUTION_12B; // 12bit分辨率
ADC_InitStruct.DataAlignment = LL_ADC_DATA_ALIGN_RIGHT;// 数据右对齐
ADC_InitStruct.LowPowerMode = LL_ADC_LP_MODE_NONE;// 不使用低功耗模式
LL_ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);
ADC_REG_InitStruct.TriggerSource = LL_ADC_REG_TRIG_SOFTWARE;// 软件触发
ADC_REG_InitStruct.SequencerLength = LL_ADC_REG_SEQ_SCAN_DISABLE;// 不使用扫描模式
ADC_REG_InitStruct.SequencerDiscont = LL_ADC_REG_SEQ_DISCONT_DISABLE;// 不使用断续模式
ADC_REG_InitStruct.ContinuousMode = LL_ADC_REG_CONV_SINGLE;// 单次触发单次转换
ADC_REG_InitStruct.DMATransfer = LL_ADC_REG_DMA_TRANSFER_LIMITED;// 不使用DMA
ADC_REG_InitStruct.Overrun = LL_ADC_REG_OVR_DATA_OVERWRITTEN; // 数据覆写使能
LL_ADC_REG_Init(ADC1, &ADC_REG_InitStruct);
ADC_CommonInitStruct.CommonClock = LL_ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV1;// 使能内部时钟1分频作为ADC时钟
ADC_CommonInitStruct.Multimode = LL_ADC_MULTI_INDEPENDENT;// ADC采取独立模式
LL_ADC_CommonInit(__LL_ADC_COMMON_INSTANCE(ADC1), &ADC_CommonInitStruct);
/* Enable ADC internal voltage regulator *//*使能ADC内部的稳压器*/
LL_ADC_EnableInternalRegulator(ADC1);
/* Delay for ADC internal voltage regulator stabilization. */
/* Compute number of CPU cycles to wait for, from delay in us. */
/* Note: Variable divided by 2 to compensate partially */
/* CPU processing cycles (depends on compilation optimization). */
/* Note: If system core clock frequency is below 200kHz, wait time */
/* is only a few CPU processing cycles. */
uint32_t wait_loop_index;
wait_loop_index = ((LL_ADC_DELAY_INTERNAL_REGUL_STAB_US * (SystemCoreClock / (100000 * 2))) / 10);
while(wait_loop_index != 0)
{
wait_loop_index--;
}
/** Configure Regular Channel
*/
LL_ADC_REG_SetSequencerRanks(ADC1, LL_ADC_REG_RANK_1, LL_ADC_CHANNEL_1); // 设置通道1转换次序为1
LL_ADC_SetChannelSamplingTime(ADC1, LL_ADC_CHANNEL_1, LL_ADC_SAMPLINGTIME_181CYCLES_5);// 采样时间为181.5个ADC周期
LL_ADC_SetChannelSingleDiff(ADC1, LL_ADC_CHANNEL_1, LL_ADC_SINGLE_ENDED);// 采样模式为单端采样
/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 */
/* USER CODE END ADC1_Init 2 */
}
3.2 校准和启动ADC
上述配置完后，使用LL库还需要一些额外的代码，ADC才可以正常工作。
void Mx_ADC_Start(void)
{
uint8_t TimeDelta = LL_ADC_DELAY_CALIB_ENABLE_ADC_CYCLES;
LL_ADC_StartCalibration(ADC1,LL_ADC_SINGLE_ENDED); // 开始校准
while(LL_ADC_IsCalibrationOnGoing(ADC1)) // 等待校准完成
;
LL_ADC_SetCalibrationFactor(ADC1,LL_ADC_SINGLE_ENDED LL_ADC_GetCalibrationFactor(ADC1,LL_ADC_SINGLE_ENDED));// 将校准向量写 ADC1中
while(TimeDelta > 0) // 校准后延时
{
TimeDelta--;
}
LL_ADC_Enable(ADC1); // 使能ADC
}
3.3 主函数配置
主函数就比较简单，使用软件触发ADC转换，待ADC转换完成后，使用窗口将转换数据经串口上传到上位机。串口程序用的为匿名上位机。
while (1)
{
LL_ADC_REG_StartConversion(ADC1); // 用软件触发ADC转换
while(LL_ADC_REG_IsConversionOngoing(ADC1)) // 等待ADC转换完成
;
sent_data(LL_ADC_REG_ReadConversionData12(ADC1),0,0,0);// 使用匿名上机 ADC数据发送到电脑
while(count) // 适当延迟
{
count--;
}
}
3.4 匿名上位机程序
uint8_t BUFF[30];
void sent_data(uint16_t A,uint16_t B,uint16_t C,uint16_t D)
{
int i;
uint8_t sumcheck = 0;
uint8_t addcheck = 0;
uint8_t _cnt=0;
BUFF[_cnt++]=0xAA;//帧头
BUFF[_cnt++]=0xFF;//目标地址
BUFF[_cnt++]=0XF1;//功能码
BUFF[_cnt++]=0x08;//数据长度
BUFF[_cnt++]=(A&0x00ff);//数据内容,小段模式，低位在前
BUFF[_cnt++]=(A&0xff00)>>8;//需要将字节进行拆分，调用上面的宏定义即可。
BUFF[_cnt++]=(B&0x00ff);
BUFF[_cnt++]=(B&0xff00)>>8;
BUFF[_cnt++]=(C&0x00ff);//数据内容,小段模式，低位在前
BUFF[_cnt++]=(C&0xff00)>>8;//需要将字节进行拆分，调用上面的宏定义即可。
BUFF[_cnt++]=(D&0x00ff);
BUFF[_cnt++]=(D&0xff00)>>8;
//SC和AC的校验直接抄最上面上面简介的即可
for(i=0;i3]+4;i++)
{
sumcheck+=BUFF[i];
addcheck+=sumcheck;
}
BUFF[_cnt++]=sumcheck;
BUFF[_cnt++]=addcheck;
for(i=0;i<_cnt;i++)
{
while ((USART1->ISR & 0X40) == 0)
; /* 等待上一个字符发送完成 */
USART1->TDR=BUFF[i];
}//串口逐个发送数据
}
4 实验波形
使用函数信号发生器，产生频率为1kHz，幅值为3V的正弦波，经两个2k电阻分压后传入ADC采集通道，电路图如图：
实验波形在匿名上位机上显示如图：
可以看到：
- 波形为正弦波
- 最高值 1863 对应 1.501V
证明ADC采集正确。
5 总结
至此完成了STM32最简单的ADC单端采样，STM32的ADC还有很多其他功能，待之后有时间再记录。本文记录难免有错误，如有错误，欢迎指出。