MM32F0163D7P的ADC內部1.2V參考電壓的使用

MM32F0160的ADC簡介

ADC外設是12位的逐次逼近型（SAR）模擬數字轉換器，可以將模擬信號轉換成數字信號。

ADC有16 個通道可測量內部或外部信號源，其中ADC有14 路外部輸入通道和2路內部通道，如下圖1 ADC的系統框圖所示分別是通道14內部溫度溫度傳感器通道，通道15內部電壓傳感器通道，即內部1.2V參考電壓通道。

ADC的通道可以單次、單周期和連續進行轉換。根據不同的方式又可以選擇普通通道轉換、任意通道轉換、注入通道轉換。ADC 的輸入時鐘不得超過16M,他是由 APB2 時鐘（PCLK2）分頻產生。

圖1 ADC系統框圖

MM32F0160內部1.2V參考電壓簡介

MM32系列MCU出廠時，在Flash特定的內存地址存儲了1.2V參考電壓的校準值，即VDDA為3V3時采樣1.2V電壓的校準值。該校準值可以通過UM手冊查閱。例如，可通過UM_MM32F0160_SC手冊的ADC章節查閱到MM32F0163D7P的ADC內部1.2V參考電壓的校準值存儲在Flash特定的內存地址0x1FFFF7E0區域。

根據本文章節1圖1的ADC系統框圖可知ADC內部1.2V參考電壓通道為通道15。MM32其它系列的MCU的ADC內部1.2V參考電壓校準值在Flash內存的存儲地址，內部1.2V參考電壓通道的通道號如下表1所示（注：其它MCU系列請參考UM手冊）。

表1 MM32系列ADC內部1.2V參考電壓校準值的存儲地址和1.2V參考電壓通道號

ADC內部1.2V參考電壓的應用場景舉例

ADC的參考電壓為VDD，當MCU的供電VDD不穩定或采用電池供電時ADC的參考電壓會隨著VDD的波動而波動，隨著電池電量和電壓的下降而變化，從而影響ADC的采集和測量精度，這種場景就可以考慮使用MCU出廠時VDD為3.3V時ADC采樣1.2V電壓得到的采樣校準值，讀取該采樣校準值并轉換成電壓值，作為ADC的間接參考電壓使用。

ADC內部1.2V參考電壓采樣值的讀取

以MM32F0163D7P為例，查閱UM_MM32F0160_SC手冊ADC章節的ADC系統框圖可知ADC內部1.2V參考電壓通道為通道15（VSENSOR），在讀取ADC內部1.2V參考電壓采樣值前需配置ADC通道15并使能該通道，使用任意通道配置核心代碼如下所示，本文后面8.3章節有詳細的應用舉例。

/*?Sampling?value?of?each?channel?of?ADC?*/
uint16_t?ADC_Channel_Samp_Value[4]?=?{0x00};
/*?Assign?ADC1?1.2V?Vref?channel_15?to?RANK?3?*/???
ADC_ANY_CH_Config(ADC1,3,ADC_Channel_VoltReference);
/*?Enable?ADC?1.2V?channel_15?voltage?reference?*/
ADC1->ADCFG?|=??ADC_ADCFG_VSEN;
/*?Get?the?sampling?value?of?ADC?1.2V?channel?15?*/????
ADC_Channel_Samp_Value[3]?=?ADC1->ADDR15;

ADC內部1.2V參考電壓校準值的讀取

以MM32F0163D7P為例，讀取出廠VDDA為3V3時采樣1.2V電壓的采樣校準值，并換算成電壓值，核心代碼如下所示。本文8.4章節有詳細的讀取舉例。

/*?1.2V?sampling?calibration?value?storage?address?*/
#define?ADC_1_2V_SAMPLE_CALI_VALUE_MEM_ADDR?0x1FFFF7E0
/*?Read?ADC?1.2V?Sample?value?*/
Vref_1_2V_Cali?=?*(uint16_t*)(ADC_1_2V_SAMPLE_CALI_VALUE_MEM_ADDR);
/*?Convert?to?voltage?value?*/
Vref_1_2V_Cali_V?=?(float)(Vref_1_2V_Cali?*?(3.3/4096));

ADC各通道采樣電壓值

與1.2V通道采樣電壓值換算關系

定義Calcu_ADC_Channel_V為緩存ADC各通道采樣電壓值，gADC_Sample_Value為緩存ADC各通道的采樣值。ADC_Channel_Samp_Value[4]為緩存ADC各通道的采樣值包括ADC的1.2V通道實時采樣值，Vref_1_2V_Cali為VDDA為3V3時采樣1.2V電壓的采樣校準值，Vref_1_2V_Cali由以上章節5 ADC內部1.2V參考電壓校準值的讀取得到，換算成電壓值為Vref_1_2V_Cali_V = (float)(Vref_1_2V_Cali * (3.3/4096)) ，則存在以下關系式：

Calcu_ADC_Channel_V / gADC_Sample_Value = Vref_1_2V_Cali_V /ADC_Channel_Samp_Value[i]

其中i表示ADC各通道號包括ADC的1.2V通道。

由此，推得ADC各個通道的采樣電壓值為

Calcu_ADC_Channel_V = (float)(gADC_Sample_Value * (Vref_1_2V_Cali_V/ADC_Channel_Samp_Value[3]))

ADC_Channel_Samp_Value[3]緩存ADC的1.2V通道的實時采樣值。即：ADC各通道的采樣電壓值=ADC各通道的采樣值*（ADC內部采樣1.2V電壓的采樣校準值換算得到的電壓值 / ADC的1.2V通道的實時采樣值）。

根據出廠ADC內部1.2V參考電壓的校準值

反推VDDA的電壓值

由于Vref_1_2V_Cali / ADC_V1_2V_Channel_Sample = VDDA / 4096

得到VDDA = ( Vref_1_2V_Cali * 4096 ) / ADC_V1_2_Channel_Sample

注意事項：讀取ADC_V1_2_Channel_Sample 采樣值前需配置和使能1.2V通道（MM32F0163D7P的ADC 1.2V通道為通道15）。注：本文章節4有提到配置方法。

ADC使用注意事項

ADC高達1Msps轉換速率，每個通道可以獨立的設置采樣保持時間，但需注意的是采樣保持時間最小為2.5個ADC時鐘周期，最大為240.5個ADC時鐘周期，在應用場景條件允許情況下，在此范圍內適當加大采樣保持時間可以保證ADC采樣精度。條件允許情況下適當降低ADC時鐘頻率也可以保證采樣精度，但ADC的時鐘不得超過16MHz。

ADC的內部1.2V Vref通道轉換周期比規則轉換通道的轉換周期稍大一些，如果對ADC的采樣速率有應用場景的要求，建議使用ADC的注入通道功能。

ADC的采樣值受到輸入阻抗的影響，關于ADC輸入阻抗的計算可參考對應MCU系列的DS手冊，電氣特性，工作條件的ADC特性。

使用ADC時應注意用作ADC功能的GPIO的IO類型，例如IO類型為“TC”類型即標準的IO類型，不容忍VDD電壓即ADC的輸入采樣電壓不得超過VDD電源電壓。此外GPIO內部帶有上下拉鉗位二極管，用戶應避免輸入ADC的采樣電壓過高引起倒灌影響ADC的工作條件和采樣精度（關于IO類型的說明請參考對應MCU系列的DS手冊管腳定義章節）。

ADC內部1.2V參考電壓的使用完整舉例

以MM32F0163D7P為例，查閱DS手冊得到GPIO與ADC通道對應關系如下表2所示。

表2 GPIO與ADC通道對應關系

以MM32F0163D7P為例，完整舉例ADC內部1.2V參考電壓的使用，本示例外接采樣3路ADC電壓值，首先初始化3路ADC通道，ADC輸入的GPIO的分別為PA0對應ADC_Channel_0，PA1對應ADC_Channel_1，PA2對應ADC_Channel_2，ADC的GPIO初始化代碼如下所示。

void?ADC_GPIO_Config(void)
{
????GPIO_InitTypeDef?GPIO_InitStruct;
????/*?Enable?GPIOA?Clock?*/
????RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOA,?ENABLE);
????GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
????/*?PA0?ADC_CH0,?PA1?ADC_CH1,?PA2?ADC_CH2?*/
????GPIO_InitStruct.GPIO_Pin???=?GPIO_Pin_0?|?GPIO_Pin_1?|?GPIO_Pin_2;
????GPIO_InitStruct.GPIO_Speed?=?GPIO_Speed_50MHz;?
????GPIO_InitStruct.GPIO_Mode??=?GPIO_Mode_AIN;????
????GPIO_Init(GPIOA,?&GPIO_InitStruct);
}

以MM32F0163D7P為例，初始化ADC為12bit精度，時鐘為72M預分頻為16分頻，連續轉換模式，數據格式右對齊，采樣保持時間為240.5個ADC時鐘周期，配置任意通道模式，配置并使能ADC內部1.2V通道Channel15，ADC的初始化代碼如下所示。

void?ADC_Configure(void)
{
????ADC_InitTypeDef?ADC_InitStruct;
????RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_ADC,?ENABLE);????/*?Enable?ADC?clock?*/
????ADC_StructInit(&ADC_InitStruct);
????ADC_InitStruct.ADC_Resolution?=?ADC_Resolution_12b;
????ADC_InitStruct.ADC_PRESCARE???=?ADC_PCLK2_PRESCARE_16;
????/*?ADC?continue?scan?convert?mode?*/
????ADC_InitStruct.ADC_Mode?=?ADC_Mode_Continue;???
/*?AD?data?right-justified?*/???????
????ADC_InitStruct.ADC_DataAlign?=?ADC_DataAlign_Right;?
????ADC_Init(ADC1,?&ADC_InitStruct);
????/*?Configure?ADC?ADC_Channel_x?Sample?time?*/
????ADC_Channel_Sample_time_Configure(ADC1,ADC_Channel_0,ADC_Samctl_240_5);?
????ADC_Channel_Sample_time_Configure(ADC1,ADC_Channel_1,ADC_Samctl_240_5);
????ADC_Channel_Sample_time_Configure(ADC1,ADC_Channel_2,ADC_Samctl_240_5);
????ADC_ANY_Cmd(ADC1,?DISABLE);?/*?Disable?ADC?ANYChannel?*/???
????ADC_ANY_NUM_Config(ADC1,3);?/*?Configure?Multi-Channel?num?*/?
????/*?Assign?PA0?ADC1?channel_0?to?RANK?0?*/?????
????ADC_ANY_CH_Config(ADC1,0,ADC_Channel_0);?
????/*?Assign?PA1?ADC1?channel_1?to?RANK?1?*/?
????ADC_ANY_CH_Config(ADC1,1,ADC_Channel_1);?
????/*?Assign?PA2?ADC1?channel_2?to?RANK?2?*/??
????ADC_ANY_CH_Config(ADC1,2,ADC_Channel_2);?
????/*?Assign?ADC1?1.2V?Vref?channel_15?to?RANK?3?*/???
????ADC_ANY_CH_Config(ADC1,3,ADC_Channel_VoltReference);?
????ADC_ANY_Cmd(ADC1,?ENABLE);???/*?Enable?ADC?ANYChannel?*/???
????/*?Enable?ADC?1.2V?channel_15?voltage?reference?*/
????ADC1->ADCFG?|=??ADC_ADCFG_VSEN;?
????ADC_Cmd(ADC1,?ENABLE);?/*?Enable?ADC?*/
}????

以MM32F0163D7P為例，讀取出廠VDDA為3V3時采樣1.2V電壓的采樣校準值，并換算成電壓值，代碼如下所示。

#define?VDDA????????3.3F
#define?ADC_12BIT???4096U
#define?ADC_RESOLUTION?VDDA?/?ADC_12BIT
/*?1.2V?sampling?calibration?value?storage?address?*/
#define?ADC_1_2V_SAMPLE_CALI_VALUE_MEM_ADDR?0x1FFFF7E0
/*?1.2V?sampling?calibration?value?*/
uint16_t?Vref_1_2V_Cali??=?0;
/*?1.2V?sampling?calibration?value?Convert?to?voltage?value?*/
float?Vref_1_2V_Cali_V?=?0.0;
void?Read_Factory_1_2V_Sample_CaliValue(void)
{
????/*?Read?ADC?1.2V?Sample?value?*/
????Vref_1_2V_Cali?=?*(uint16_t*)(ADC_1_2V_SAMPLE_CALI_VALUE_MEM_ADDR);
????/*?Convert?to?voltage?value?*/
????Vref_1_2V_Cali_V?=?(float)(Vref_1_2V_Cali?*?ADC_RESOLUTION);
}

以MM32F0163D7P為例，由以上9.4章節讀取出廠VDDA為3V3時采樣1.2V電壓的采樣校準值，由以上9.3章節ADC內部1.2V參考電壓通道的配置和使能，ADC的1.2V采樣電壓的校準值根據以上章節6表述的公式，結合ADC的1.2V通道15的實時采樣值可用于反推VDDA的電壓值，同時該采樣校準值換算成電壓值后可間接作為ADC多通道連續采樣的參考電壓。

ADC內部1.2V參考電壓實時采樣值，ADC各通道采樣值的讀取并換算成電壓值以及在main函數初始化UART1打印功能，ADC外設的初始化，讀取ADC采樣1.2V的校準值，在while(1)主循環中調用獲取ADC各通道采樣電壓值函數的詳細實現的代碼如下所示。本示例通過UART1每隔200ms毫秒打印輸出ADC各通道采樣并換算得到電壓值到串口調試助手。

/*?Buffer?the?VDDA?voltage?value?of?the?reversed?ADC?*/
float?ADC_VDDA?=?0.0;
/*?Sampling?value?of?each?channel?of?ADC?*/
uint16_t?ADC_Channel_Samp_Value[4]?=?{0x00};
/*?Buffer?the?sampling?value?of?each?channel?of?the?ADC?*/
uint16_t?gADC_Sample_Value?=?0;
/*?Buffer?the?voltage?value?of?each?channel?of?ADC?*/
float?Calcu_ADC_Channel_V?=?0.0;
void?Calcu_ADC_Each_Channel_Voltage_Value(void)
{
????uint8_t?i?=?0;
????/*?Software?starts?the?ADC?conversion?*/
????ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,?ENABLE);?
????/*?ADC?conversion?flag?*/
????while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,?ADC_IT_EOC)?==?0);
????/*?Clears?the?adc's?pending?flags?*/
????ADC_ClearFlag(ADC1,?ADC_IT_EOC);
????/*?Get?the?sampling?value?of?ADC?PA0?channel?0?*/
????ADC_Channel_Samp_Value[0]?=?ADC1->ADDR0;
????/*?Get?the?sampling?value?of?ADC?PA1?channel?1?*/
????ADC_Channel_Samp_Value[1]?=?ADC1->ADDR1;
????/*?Get?the?sampling?value?of?ADC?PA2?channel?2?*/
????ADC_Channel_Samp_Value[2]?=?ADC1->ADDR2;???
????/*?Get?the?sampling?value?of?ADC?1.2V?channel?15?*/????
????ADC_Channel_Samp_Value[3]?=?ADC1->ADDR15;???????????????
????/*?The?factory?1.2V?sampling?calibration?value?and?the?1.2V?channel?sampling?value?reverse?the?VDDA?voltage?value?*/
????ADC_VDDA?=?(Vref_1_2V_Cali_V?*4096)?/?ADC_Channel_Samp_Value[3];
????printf("ADC_VDDA?=?%0.2f
",ADC_VDDA);
????/*?Print?out?the?voltage?value?of?each?channel?calculated?by?ADC?*/
????for(i?=?0;?i?

	?

	?
int?main(void)
{
????/*?SysTick?Init?*/
????DELAY_Init();
????/*?UART1?Init?*/
????CONSOLE_Init(115200);
????/*?ADC?Pin?Configure?*/
????ADC_GPIO_Configure();
????/*?ADC?function?Configure?*/
????ADC_Configure();
????/*?Read?factory?1.2V?sample?calibration?value?and?convert?to?voltage?value?*/
????Read_Factory_1_2V_Sample_CaliValue();
????while?(1)
????{
????????if(Tick_200ms_Flag?==?true)
????????{
????????????Tick_200ms_Flag?=?false;
????????????/*?Get?and?Calculate?the?voltage?value?of?each?channel?of?the?ADC?*/
????????????Calcu_ADC_Each_Channel_Voltage_Value();
????????}
????}
}


	?

	6

	編譯程序把燒錄程序到核心板，如下圖2所示，3路ADC分別采集外接的電壓值，ADC各通道采樣換算得到的電壓值打印輸出到串口調試助手，測試結果分別為ADC_VDDA該值是通過讀取出廠VDDA為3V3時采樣1.2V電壓的采樣校準值結合1.2V通道15的實時采樣值反推得到的VDDA（即VDD的電壓值）的電壓值。ADC_CH0采集1.0V電壓，實際采到1.03V，ADC_CH1接GND采集0V電壓，實際采集到0V，ADC_CH2采集0.50V電壓，實際采集到0.50V。其中ADC_CH15_VREF采集ADC內部1.2V通道實時采樣得到的電壓值，采集到1.18V，該值可參考以上9.4章節表述的出廠VDDA為3V3時采樣1.2V電壓的采樣校準值換算得到的電壓值接近。

	

	圖2

	7

	如下圖3所示，換一組電壓采集，ADC_CH0采集2.50V電壓實際采集到2.51V，ADC_CH1采集3.32V電源電壓實際采集到3.31V，ADC_CH2采集1.50V電壓,實際采到1.50V電壓。以上測試均在ADC允許的誤差范圍。

	

	圖3

	




	審核編輯：劉清