ADC模數轉換
1. ADC簡介
ADC（analog to digital converter）即模數轉換器，它可以將模擬量信號轉換為數字信號，按照轉換原理主要分為逐次逼近型、雙積分型、電壓頻率轉換型三種，STM32F1的ADC是12位逐次逼近型的模數轉換器，它有18個通道，可測量16個外部和2個內部信號源，各通道的A/D轉換可以單次、連續、掃描或間斷模式執行，ADC的結果可以左對齊或右對齊方式存盤在16位存盤暫存器中，模擬看門狗特性允許應用程式檢測輸入電壓是否超出用戶定義的高/低閾值，ADC的時鐘不要超過14M，否則將導致結果準確度下降，ADC結構框圖以及ADC引腳說明如下圖示：
- 電壓輸入引腳和輸入通道引腳見上表；另外主ADC1中還有2個內部通道：通道16連接到芯片內部的溫度傳感器，通道17連接到了內部參考電壓VREFINT；ADC2/ADC3的通道16/17都連接到了內部的VSS
- ADC的轉換分為兩個通道組：規則通道組（16路）和注入通道組（4路），規則通道相當于正常運行的程式，注入通道相當于中斷
- 選擇好輸入通道和轉換順序后需要使能ADC，可以直接開啟ADC轉換或者選擇外部事件觸發轉換
- ADC最大作業頻率為14M，一般設定分配因子為6，即ADC的輸入時鐘ADC_CLK = 12M
- ADC要完成對輸入電壓的采樣需要若干個ADC_CLK周期，采樣周期最小是1.5個（即如果要達到最快的采樣，應設定采樣周期為1.5個周期，即1.5乘以1/ADC_CLK）
- ADC的總轉換時間Tconv= 采樣時間 + 12.5個周期；按以上設定的話，Tconv= （1.5+12.5）個周期 = 14 * (1/12M) = 1.17us，即最短轉換時間為1.17us
- ADC轉換后的資料根據不同的轉換組，放在不同的資料暫存器（16位）中；由于ADC是12位轉換精度，而資料暫存器是16位，因此存放資料的時候有左對齊和右對齊之分
- 規則組含有16個通道但是對應存放資料的暫存器只有一個，如果使用多通道轉換則應當在通道轉換完成后就把資料取走，或者開啟DMA模式把資料傳輸到記憶體里，否則就會造成資料的覆寫
- 使能相應中斷標志位，ADC能3種產生相應中斷：規則轉換與注入轉換結束、模擬看門狗事件、DMA請求
2. 硬體設計
本實驗通過ADC1通道1采樣外部電壓值，將采樣的AD值和轉換后的電壓值通過USART1串口列印出來，同時D1指示燈閃爍，提示系統正常運行
- D1指示燈
- ADC1_INT1
- USART1串口
- 電位器
3. 軟體設計
3.1 STM32CubeMX設定
- RCC設定外接HSE，時鐘設定為72M，ADC預分頻因子設定為6，ADC_CLK為12MHz
- PC0設定為GPIO推挽輸出模式、上拉、高速、默認輸出電平為高電平
- USART1選擇為異步通訊方式，波特率設定為115200Bits/s，傳輸資料長度為8Bit，無奇偶校驗，1位停止位
- 激活ADC1通道1，設定右對齊，關閉掃描、連續及間斷模式，使能regular conversion，設定軟體觸發、設定采樣時間1.5個周期
- 輸入工程名，選擇工程路徑（不要有中文），選擇MDK-ARM V5；勾選Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；點擊GENERATE CODE，生成工程代碼
3.2 MDK-ARM編程
- 在adc.c檔案中可以看到ADC初始化函式
void MX_ADC1_Init(void){
ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK){
Error_Handler();
}
/** Configure Regular Channel*/
sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_1CYCLE_5;
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK){
Error_Handler();
}
}
void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* adcHandle){
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
if(adcHandle->Instance==ADC1){
/* ADC1 clock enable */
__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}
}
- 在主函式while回圈中添加如下測驗程式，ADC1是12位轉換精度，因此電壓解析度為：3.3/(212) = 3.3/4096
while (1){
HAL_ADC_Start(&hadc1); //啟動ADC轉換
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10); //等待轉換完成，10ms表示超時時間
AD_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); //讀取ADC轉換資料（12位資料）
printf("ADC1_IN1 ADC value: %d\r\n",AD_Value);
Vol_Value = AD_Value*(3.3/4096); //AD值乘以解析度即為電壓值
printf("ADC1_IN1 VOL value: %.2fV\r\n",Vol_Value);
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
HAL_Delay(1000);
}
4. 下載驗證
編譯無誤后下載到開發板，可以看到系統運行時D1指示燈不斷閃爍，調節電位器時，獲取的AD轉換值和電壓值將變化，并通過串口列印出來
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