个人笔记-ADC

笔记来源于STM32F103VET6，野火指南者，中文参考手册，HAL库开发手册和b站的野火指南者中级篇视频。观看过好多次中级篇了，但往往理解得不够全面，现记下小笔记，用来回顾。属于个人笔记，不用于商业。​​​​​

ADC，模数转换。在STM32F103VET6中，有3个ADC，精度为12位，每个ADC最多有16个通道。其中ADC1和ADC2都有16个外部通道，ADC13根据CPU引脚的不同通道数也不同，一般都有8个外部通道。

ADC框图

对于框图第一点， ADC的输入范围：VREF-<VIN<VREF+。

在设计原理图时一般把VREF-和VSSA接地，VREF+和VDDA接3.3V，使得ADC的输入范围在0~3.3V。

如果想让输入范围变宽，使得可以测试负电压或更高的正电压，我们可以在外部加一个电压调理电路，把需要转换的电压抬升或者降低到0~3.3V。

对于框图第二点，ADC的输入通道。

对于框图第三点，ADC的通道细分。

外部的16个通道在转换的时候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。

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。所以，注入通道只有在规则通道存在时才会出现。

对于框图的第四点，ADC的转换顺序。

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。

对于框图的第五点，ADC的触发源。

ADC的转换控制可以是ADC_CR2：ADON位控制。

0表示关闭ADC转换/校准，并进入断电模式。

1表示开启ADC并启动转换。

ADC的转换控制还可以是触发转换。包括了内部定时器触发和外部IO触发。由ADC_CR2：EXTSEL[2:0]和JEXTSEL[2:0]位控制。

ADC_CR2：EXTSEL[2:0]用于选择规则通道的触发源。

ADC_CR2：JEXTSEL[2:0]用于选择注入通道的触发源。

激活触发源由ADC_CR2：EXTTRIG和JEXTTRIG位控制。

其中ADC3的规则转换和注入转换的触发源与ADC1和ADC2有所不同。

对于框图的第六点，ADC的转换时间。

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_CFGR：ADCPRE[1:0] 设置，可以是 2/4/6/8 分频，注意这里没有 1 分频。一般我们设置 PCLK2=HCLK

=72M。

ADC 使用若干个 ADC_CLK 周期对输入的电压进行采样，采样的周期数可通过ADC_SMPR1、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，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，这个才是最常用的。

对于框图的第七点，ADC的数据寄存器。

规则组的数据放在 ADC_DR 寄存器， 注入组的数据放在 ADC_JDRx寄存器。

ADC_DR寄存器只有一个，32位。低16位在单ADC时使用，高16位在双ADC模式时保存ADC2转换的规则数据。在单模式下，ADC1、ADC2和ADC3的都不使用高16位。

因为ADC的精度是12位，所以ADC_DR的高16位和低16位都放不满。所以可以选择对齐方式，由ADC_CR2：ALIGN设置。

规则通道可以有 16 个这么多，可规则数据寄存器只有一个，如果使用多通道转换，那转换的数据就全部都挤在了 DR 里面，前一个时间点转换的通道数据，就会被下一个时间点的另外一个通道转换的数据覆盖掉，所以当通道转换完成后就应该把数据取走，或者开启 DMA 模式，把数据传输到内存里面，不然就会造成数据的覆盖。最常用的做法就是开启 DMA 传输。

ADC 注入组最多有 4 个通道，刚好注入数据寄存器也有 4 个，每个通道对应着自己的寄存器，不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。注入组配置的话和规则组一样。

中断

规则通道转换结束

可以产生规则通道转换结束中断，还可以产生DMA请求，把转换好的数据存储在内存里面。要注意的是，只有ADC1和ADC3可以产生DMA请求。一般我们在使用ADC的时候都会开启DMA传输。

注入通道转换结束

可以产生注入通道转换结束中断，还可以产生DMA请求，把转换好的数据存储在内存里面。要注意的是，只有ADC1和ADC3可以产生DMA请求。一般我们在使用ADC的时候都会开启DMA传输。

模拟看门狗

转换后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寄存器和ADC_HTR寄存器设置。

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。

数据读取

可以通过中断读取，通过中断服务函数保存数据。

可以通过DMA读取，保存数据在内存中。

使用中断的优点：读取的数据较少或读取速度较慢的，可以用中断。

使用DMA的优点：速度快。方便，不需要写中断服务函数。

电压转换

模拟电压经过ADC转换后，是一个12位的数字值。在设计原理图时一般把VREF-和VSSA接地，VREF+和VDDA接3.3V，使得ADC的输入范围在0~3.3V。

因此12位满量程（2^12）-3.3V，0-0V。

如果转换后的数值为X，X对应的模拟电压为Y，那么：Y/X=3.3/4096。Y=3.3X/4096。

ADC的初始化结构体解析

typedef struct
{
  uint32_t ADC_Mode;                         //工作模式
 
  FunctionalState ADC_ScanConvMode;          //扫描（多通道）or 单次（单通道）模式
 
  FunctionalState ADC_ContinuousConvMode;    //连续转换 or 单次转换
 
  uint32_t ADC_ExternalTrigConv;             //转换触发信号选择
 
  uint32_t ADC_DataAlign;                    //数据寄存器对齐方式
 
  uint8_t ADC_NbrOfChannel;                  //采集通道数
}ADC_InitTypeDef;

对于ADC_Mode

#define ADC_Mode_Independent                       ((uint32_t)0x00000000)    //独立模式，一般单ADC时使用。
#define ADC_Mode_RegInjecSimult                    ((uint32_t)0x00010000)    //混合的同步规则+注入同步模式
#define ADC_Mode_RegSimult_AlterTrig               ((uint32_t)0x00020000)    //混合的同步规则+交替触发模式
#define ADC_Mode_InjecSimult_FastInterl            ((uint32_t)0x00030000)    //混合同步注入+快速交叉模式
#define ADC_Mode_InjecSimult_SlowInterl            ((uint32_t)0x00040000)    //混合同步注入+慢速交叉模式
#define ADC_Mode_InjecSimult                       ((uint32_t)0x00050000)    //注入同步模式
#define ADC_Mode_RegSimult                         ((uint32_t)0x00060000)    //规则同步模式
#define ADC_Mode_FastInterl                        ((uint32_t)0x00070000)    //快速交叉模式
#define ADC_Mode_SlowInterl                        ((uint32_t)0x00080000)    //慢速交叉模式
#define ADC_Mode_AlterTrig                         ((uint32_t)0x00090000)    //交替触发模式

对于ADC_ScanConvMode：ENABLE or DISABLE。

对于ADC_ContinuousConvMode：ENABLE or DISABLE。

对于ADC_ExternalTrigConv

#define ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1                ((uint32_t)0x00000000) //对于ADC1和ADC2
#define ADC_ExternalTrigConv_T1_CC2                ((uint32_t)0x00020000) //对于ADC1和ADC2
#define ADC_ExternalTrigConv_T2_CC2                ((uint32_t)0x00060000) //对于ADC1和ADC2
#define ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO               ((uint32_t)0x00080000) //对于ADC1和ADC2
#define ADC_ExternalTrigConv_T4_CC4                ((uint32_t)0x000A0000) //对于ADC1和ADC2
#define ADC_ExternalTrigConv_Ext_IT11_TIM8_TRGO    ((uint32_t)0x000C0000) //对于ADC1和ADC2
 
#define ADC_ExternalTrigConv_T1_CC3                ((uint32_t)0x00040000) //对于ADC1、ADC2和ADC3
#define ADC_ExternalTrigConv_None                  ((uint32_t)0x000E0000) //对于ADC1、ADC2和ADC3，不需要外部触发，软件来开启
#define ADC_ExternalTrigConv_T3_CC1                ((uint32_t)0x00000000) //对于ADC3
#define ADC_ExternalTrigConv_T2_CC3                ((uint32_t)0x00020000) //对于ADC3
#define ADC_ExternalTrigConv_T8_CC1                ((uint32_t)0x00060000) //对于ADC3
#define ADC_ExternalTrigConv_T8_TRGO               ((uint32_t)0x00080000) //对于ADC3
#define ADC_ExternalTrigConv_T5_CC1                ((uint32_t)0x000A0000) //对于ADC3
#define ADC_ExternalTrigConv_T5_CC3                ((uint32_t)0x000C0000) //对于ADC3

对于ADC_DataAlign：ADC_DataAlign_Right 、ADC_DataAlign_Left 。

对于ADC_NbrOfChannel：1~16。

ADC的一般配置流程：

初始化ADC的GPIO。

初始化ADC初始化结构体。

配置ADC时钟，配置通道的转换顺序和采样时间。

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

使能ADC转换完成中断，配置中断优先级。

ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC, ENABLE);

使能ADC，准备开始转换。

校准ADC。

// 初始化ADC 校准寄存器  
ADC_ResetCalibration(ADCx);
// 等待校准寄存器初始化完成
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADCx));
// ADC开始校准
ADC_StartCalibration(ADCx);
// 等待校准完成
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));

软件触发ADC，真正开始转换。

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);

编写中断服务函数，读取ADC转换数据。

编写main函数，把转换的数据打印出来。