（stm32f103学习总结）—ADC模数转换实验

一、STM32F1 ADC介绍

　　TM32F103 系列一般都有 3 个 ADC，这些 ADC 可以独立使用，也可 以使用双重（提高采样率）。STM32F1 的 ADC 是 12 位逐次 逼近型的模拟数字转换器。它具有多达 18个复用通道，可测量来自16 个外部源、2 个内部源信号。 这些通道的 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。ADC具有模拟看门狗特性，允许应用程 序检测输入电压是否超出用户定义的阀值上限或者下限。

1.2 STM32F1 ADC结构框图

STM32F1 ADC拥有这么多功能，是由ADC内部结构所决定。要更好的理 解STM32F1的ADC，就需要了解它内部的结构。如下图所示：（大家 也可以查看《STM32F10x中文参考手册》-11模数转换器（ADC）章-ADC功 能说明）。

（1）标号1：电压输入引脚

　　ADC输入电压范围为： VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。由 VREF-、 VREF+ 、 VDDA 、 VSSA这四个外部引脚决定。通常我们把 VSSA和 VREF-接地 ，把 VREF+和 VDDA 接 3.3V，因此ADC的输入电压范围为：0~3.3V。我 们使用的开发板ADC输入电压范围为0~3.3V。

（2）标号2：输入通道

　　STM32 的 ADC的输入通道多达 18 个，其中外部的 16 个通道就是框 图中的 ADCx_IN0、ADCx_IN1...ADCx_IN5（x=1/2/3，表示ADC数），通 过这16个外部通道可以采集模拟信号。这 16 个通道对应着不同的 IO 口， 具体是哪一个 IO 口可以从数据手册查询到，也可以从下图查 看，同样我们在开发板芯片原理图内也给大家标注了。其中 ADC1 还有2 个内部通道：ADC1 的通道16连接到了芯片内部的温度传感器，通道17连 接到了内部参考电压 VREFINT。ADC2 和ADC3的通道 16、 17全部连接到 了内部的 VSS。

（3）标号3：通道转换顺序

　　外部的 16 个通道在转换的时候可分为2组通道：规则通道组和注入 通道组，其中规则通道组最多有16路，注入通道组最多有 4 路。 规则通道组：从名字来理解，规则通道就是一种规规矩矩的通道，类 似于正常执行的程序，通常我们使用的都是这个通道。 注入通道组：从名字来理解，注入即为插入，是一种不安分的通道， 类似于中断。当程序正常往下执行时，中断可以打断程序的执行。同样 如果在规则通道转换过程中，有注入通道插入，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。 每个组包含一个转换序列，该序列可按任意顺序在任意通道上完成。 例如，可按以下顺序对序列进行转换： ADC_IN3、ADC_IN8、 ADC_IN2、 ADC_IN2、 ADC_IN0、 ADC_IN2、 ADC_IN2、 ADC_IN15。

（4）标号4：触发源（外部触发和软件触发）

　　选择好输入通道，设置好转换顺序，接下来就可以开始转换。要开启 ADC转换，可以直接设置ADC 控制寄存器ADC_CR2 的 ADON位为1，即使能 ADC。当然ADC还支持外部事件触发转换，触发源有很多，具体选择哪一 种触发源，由 ADC 控制寄存器2:ADC_CR2 的 EXTSEL[2:0]和 JEXTSEL[2:0]位来控制。EXTSEL[2:0]用于选择规则通道的触发源， JEXTSEL[2:0]用于选择注入通道的触发源。选定好触发源之后，触发源 是否要激活，则由 ADC 控制寄存器ADC_CR2 的 EXTTRIG 和 JEXTTRIG 这两位来激活。 如果使能了外部触发事件，我们还可以通过设置 ADC 控制寄存器 2:ADC_CR2 的EXTEN[1:0]和 JEXTEN[1:0]来控制触发极性，可以有 4 种 状态，分别是：禁止触发检测、上升沿检测、下降沿检测以及上升沿和 下降沿均检测。

（5）标号5：ADC时钟

　　ADC 输入时钟 ADC_CLK 由 APB2经过分频产生，最大值是14MHz，分 频因子由 RCC 时钟配置寄存器 RCC_CFGR 的位 15:14 ADCPRE[1:0]设置 ，可以是 2/4/6/8 分频，注意这里没有 1 分频。我们知道APB2总线时 钟为72M，而ADC最大工作频率为14M，所以一般设置分频因子为6，这样 ADC的输入时钟为12MHz。

　　ADC要完成对输入电压的采样需要若干个ADC_CLK周期，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，这里 说的周期就是 1/ADC_CLK。

　　ADC 的总转换时间跟ADC 的输入时钟和采样时间有关，其公式如下：

　　（转换时间） Tconv = 采样时间 + 12.5个周期

其中Tconv为ADC总转换时间，当ADC_CLK=14Mhz的时候，并设置1.5个周 期的采样时间，则Tcovn=1.5+12.5=14个周期=1us。

（6）标号6：数据寄存器

　　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 存器内，注入组的数据放在 JDRx内。 因为STM32F1的ADC是12位转换精度，而数据寄存器是16位，所以ADC 在存放数据的时候就有左对齐和右对齐区分。如果是左对齐，AD转换完 成数据存放在 ADC_DR 寄存器的[4:15]位内；如果是右对齐，则存放在 ADC_DR 寄存器的[0:11]位内。具体选择何种存放方式，需通过ADC_CR2 的 11 位 ALIGN 设置。

（7）标号7：中断

　　当发生如下事件且使能相应中断标志位时，ADC能产生中断。

1.转换结束（规则转换）与注入转换结束

2.模拟看门狗事件

3.DMA请求

二、STM32F1 ADC配置步骤

（1）使能端口时钟和ADC时钟，设置引脚模式为模拟输入

　　RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

　　RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AN; //模拟输入模式

（2）设置ADC的分频因子

　　RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

（3）初始化ADC参数，包括ADC工作模式、规则序列等

　　ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);

（4）使能ADC并校准

　　ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

　　ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器

　　执行复位校准的方法是： ADC_ResetCalibration(ADC1);

　　执行 ADC 校准的方法是： ADC_StartCalibration(ADC1); //开始指定 ADC1 的校准状态

　　while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束

　　while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校准结束

（5）读取ADC转换值 设置规则序列通道以及采样周期的库函数是：

　　ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel,uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)；

　　ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 )

设置好规则序列通道及采样周期，接下来就要开启转换，由于我们采 用的是软件触发，库函数

　   ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

要开启 ADC转换.

三、编写ADC控制程序

本章所要实现的功能是：通过ADC1通道1采样外部电压值，将采样的 AD值和转换后的电压值通过串口打印出来，同时D1指示灯闪烁，提示系 统正常运行。

程序框架如下： （1）初始化ADC1_IN1相关参数，开启ADC1 （2）编写获取ADC1_IN1的AD转换值函数 （3）编写主函数

 1 #ifndef _adc_H
 2 #define _adc_H
 3
 4 #include "system.h"
 5
 6 void ADCx_Init(void);
 7 u16 Get_ADC_Value(u8 ch,u8 times);
 8
 9
10 #endif

 1 #include "adc.h"
 2 #include "SysTick.h"
 3
 4 /*******************************************************************************
 5 * 函 数 名         : ADCx_Init
 6 * 函数功能           : ADC初始化
 7 * 输    入         : 无
 8 * 输    出         : 无
 9 *******************************************************************************/
10 void ADCx_Init(void)
11 {
12     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义结构体变量
13     ADC_InitTypeDef       ADC_InitStructure;
14
15     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
16
17     RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M
18
19     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;//ADC
20     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;    //模拟输入
21     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
22     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
23
24     ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
25     ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式
26     ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//关闭连续转换
27     ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//禁止触发检测，使用软件触发
28     ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右对齐
29     ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;//1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1
30     ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//ADC初始化
31
32     ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器
33
34     ADC_ResetCalibration(ADC1);//重置指定的ADC的校准寄存器
35     while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));//获取ADC重置校准寄存器的状态
36
37     ADC_StartCalibration(ADC1);//开始指定ADC的校准状态
38     while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//获取指定ADC的校准程序
39
40     ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//使能或者失能指定的ADC的软件转换启动功能
41 }
42
43 /*******************************************************************************
44 * 函 数 名         : Get_ADC_Value
45 * 函数功能           : 获取通道ch的转换值，取times次,然后平均
46 * 输    入         : ch:通道编号
47                      times:获取次数
48 * 输    出         : 通道ch的times次转换结果平均值
49 *******************************************************************************/
50 u16 Get_ADC_Value(u8 ch,u8 times)
51 {
52     u32 temp_val=0;
53     u8 t;
54     //设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
55     ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);    //ADC1,ADC通道,239.5个周期,提高采样时间可以提高精确度
56
57     for(t=0;t<times;t++)
58     {
59         ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能
60         while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
61         temp_val+=ADC_GetConversionValue(ADC1);
62         delay_ms(5);
63     }
64     return temp_val/times;
65 } 

 1 #include "system.h"
 2 #include "SysTick.h"
 3 #include "led.h"
 4 #include "usart.h"
 5 #include "adc.h"
 6
 7
 8 /*******************************************************************************
 9 * 函 数 名         : main
10 * 函数功能           : 主函数
11 * 输    入         : 无
12 * 输    出         : 无
13 *******************************************************************************/
14 int main()
15 {
16     u8 i=0;
17     u16 value=0;
18     float vol;
19
20     SysTick_Init(72);
21     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  //中断优先级分组 分2组
22     LED_Init();
23     USART1_Init(9600);
24     ADCx_Init();
25
26     while(1)
27     {
28         i++;
29         if(i%20==0)
30         {
31             led1=!led1;
32         }
33
34         if(i%50==0)
35         {
36             value=Get_ADC_Value(ADC_Channel_1,20);
37             printf("检测AD值为：%d\r\n",value);
38             vol=(float)value*(3.3/4096);
39             printf("检测电压值为：%.2fV\r\n",vol);
40         }
41         delay_ms(10);
42     }
43 }