一.ADC簡介

STM32f103系列有3個ADC，精度為12位，每個ADC最多有16個外部通道。其中ADC1和ADC2都有16個外部通道，ADC3一般有8個外部通道，各通道的A/D轉換可以單次、連續、掃描或間斷執行，ADC轉換的結果可以左對齊或右對齊儲存在16位數據寄存器中。ADC的輸入時鐘不得超過14MHz，其時鐘頻率由PCLK2分頻產生。

二.ADC功能框圖講解

學習STM32開發板上的外設時首先要了解其外設的功能框圖，如下：

功能框圖可以大體分為7部分，下面一一講解：

1.電壓輸入范圍

ADC所能測量的電壓范圍就是VREF- ≤ VIN ≤ VREF+，把 VSSA 和 VREF-接地，把 VREF+和 VDDA 接 3V3，得到ADC 的輸入電壓范圍為：0~3.3V。

2.輸入通道

ADC的信號輸入就是通過通道來實現的，信號通過通道輸入到單片機中，單片機經過轉換后，將模擬信號輸出為數字信號。STM32中的ADC有著18個通道，其中外部的16個通道已經在框圖中標出，如下：

這16個通道對應著不同的IO口，此外ADC1/2/3 還有內部通道：ADC1 的通道 16 連接到了芯片內部的溫度傳感器， Vrefint 連接到了通道 17。ADC2 的模擬通道 16 和 17 連接到了內部的 VSS。

ADC的全部通道如示：

外部的16個通道在轉換時又分為規則通道和注入通道，其中規則通道最多有16路，注入通道最多有4路（注入通道貌似使用不多），下面簡單介紹一下倆種通道：

規則通道

規則通道顧名思義就是，最平常的通道、也是最常用的通道，平時的ADC轉換都是用規則通道實現的。

注入通道

注入通道是相對于規則通道的，注入通道可以在規則通道轉換時，強行插入轉換，相當于一個“中斷通道”吧。當有注入通道需要轉換時，規則通道的轉換會停止，優先執行注入通道的轉換，當注入通道的轉換執行完畢后，再回到之前規則通道進行轉換。

3.轉換順序

知道了ADC的轉換通道后，如果ADC只使用一個通道來轉換，那就很簡單，但如果是使用多個通道進行轉換就涉及到一個先后順序了，畢竟規則轉換通道只有一個數據寄存器。多個通道的使用順序分為倆種情況：規則通道的轉換順序和注入通道的轉換順序。

規則通道轉換順序

規則通道中的轉換順序由三個寄存器控制：SQR1、SQR2、SQR3，它們都是32位寄存器。SQR寄存器控制著轉換通道的數目和轉換順序，只要在對應的寄存器位SQx中寫入相應的通道，這個通道就是第x個轉換。具體的對應關系如下：

通過SQR1寄存器就能了解其轉換順序在寄存器上的實現了：

注入通道轉換順序

和規則通道轉換順序的控制一樣，注入通道的轉換也是通過注入寄存器來控制，只不過只有一個JSQR寄存器來控制，控制關系如下：

需要注意的是，只有當JL=4的時候，注入通道的轉換順序才會按照JSQ1、JSQ2、JSQ3、JSQ4的順序執行。當JL<4時，注入通道的轉換順序恰恰相反，也就是執行順序為：JSQ4、JSQ3、JSQ2、JSQ1。

配置轉換順序的函數如示：

/**

? * @brief? Configures for the selected ADC regular channel its corresponding

? *? ? ? ? ?rank in the sequencer and its sample time.

? * @param? ADCx: where x can be 1, 2 or 3 to select the ADC peripheral.

? * @param? ADC_Channel: the ADC channel to configure.?

? *? ?This parameter can be one of the following values:

? *? ? ?@arg ADC_Channel_0: ADC Channel0 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_1: ADC Channel1 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_2: ADC Channel2 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_3: ADC Channel3 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_4: ADC Channel4 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_5: ADC Channel5 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_6: ADC Channel6 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_7: ADC Channel7 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_8: ADC Channel8 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_9: ADC Channel9 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_10: ADC Channel10 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_11: ADC Channel11 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_12: ADC Channel12 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_13: ADC Channel13 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_14: ADC Channel14 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_15: ADC Channel15 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_16: ADC Channel16 selected

? *? ? ?@arg ADC_Channel_17: ADC Channel17 selected

? * @param? Rank: The rank in the regular group sequencer. This parameter must be between 1 to 16.

? * @param? ADC_SampleTime: The sample time value to be set for the selected channel.?

? *? ?This parameter can be one of the following values:

? *? ? ?@arg ADC_SampleTime_1Cycles5: Sample time equal to 1.5 cycles

? *? ? ?@arg ADC_SampleTime_7Cycles5: Sample time equal to 7.5 cycles

? *? ? ?@arg ADC_SampleTime_13Cycles5: Sample time equal to 13.5 cycles

? *? ? ?@arg ADC_SampleTime_28Cycles5: Sample time equal to 28.5 cycles

? *? ? ?@arg ADC_SampleTime_41Cycles5: Sample time equal to 41.5 cycles

? *? ? ?@arg ADC_SampleTime_55Cycles5: Sample time equal to 55.5 cycles

? *? ? ?@arg ADC_SampleTime_71Cycles5: Sample time equal to 71.5 cycles

? *? ? ?@arg ADC_SampleTime_239Cycles5: Sample time equal to 239.5 cycles

? * @retval None

? */

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

{

? 函數內容略;

}

4.觸發源

ADC轉換的輸入、通道、轉換順序都已經說明了，但ADC轉換是怎么觸發的呢？就像通信協議一樣，都要規定一個起始信號才能傳輸信息，ADC也需要一個觸發信號來實行模/數轉換。

其一就是通過直接配置寄存器觸發，通過配置控制寄存器CR2的ADON位，寫1時開始轉換，寫0時停止轉換。在程序運行過程中只要調用庫函數，將CR2寄存器的ADON位置1就可以進行轉換，比較好理解。

另外，還可以通過內部定時器或者外部IO觸發轉換，也就是說可以利用內部時鐘讓ADC進行周期性的轉換，也可以利用外部IO使ADC在需要時轉換，具體的觸發由控制寄存器CR2決定。

ADC_CR2寄存器的詳情如下：

?

?

5.轉換時間

還有一點，就是轉換時間的問題，ADC的每一次信號轉換都要時間，這個時間就是轉換時間，轉換時間由輸入時鐘和采樣周期來決定。

輸入時鐘

由于ADC在STM32中是掛載在APB2總線上的，所以ADC得時鐘是由PCLK2（72MHz）經過分頻得到的，分頻因子由 RCC 時鐘配置寄存器RCC_CFGR 的位 15:14 ADCPRE[1:0]設置，可以是 2/4/6/8 分頻，一般配置分頻因子為8，即8分頻得到ADC的輸入時鐘頻率為9MHz。

采樣周期

采樣周期是確立在輸入時鐘上的，配置采樣周期可以確定使用多少個ADC時鐘周期來對電壓進行采樣，采樣的周期數可通過 ADC采樣時間寄存器 ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 中的 SMP[2:0]位設置，ADC_SMPR2 控制的是通道 0~9， ADC_SMPR1 控制的是通道 10~17。每個通道可以配置不同的采樣周期，但最小的采樣周期是1.5個周期，也就是說如果想最快時間采樣就設置采樣周期為1.5.

轉換時間

轉換時間=采樣時間+12.5個周期

12.5個周期是固定的，一般我們設置 PCLK2=72M，經過 ADC 預分頻器能分頻到最大的時鐘只能是 12M，采樣周期設置為 1.5 個周期，算出最短的轉換時間為 1.17us。

6.數據寄存器

轉換完成后的數據就存放在數據寄存器中，但數據的存放也分為規則通道轉換數據和注入通道轉換數據的。

規則數據寄存器

規則數據寄存器負責存放規則通道轉換的數據，通過32位寄存器ADC_DR來存放。

當使用ADC獨立模式（也就是只使用一個ADC，可以使用多個通道）時，數據存放在低16位中，當使用ADC多模式時高16位存放ADC2的數據。需要注意的是ADC轉換的精度是12位，而寄存器中有16個位來存放數據，所以要規定數據存放是左對齊還是右對齊。

當使用多個通道轉換數據時，會產生多個轉換數據，然鵝數據寄存器只有一個，多個數據存放在一個寄存器中會覆蓋數據導致ADC轉換錯誤，所以我們經常在一個通道轉換完成之后就立刻將數據取出來，方便下一個數據存放。一般開啟DMA模式將轉換的數據，傳輸在一個數組中，程序對數組讀操作就可以得到轉換的結果。

注入數據寄存器

注入通道轉換的數據寄存器有4個，由于注入通道最多有4個，所以注入通道轉換的數據都有固定的存放位置，不會跟規則寄存器那樣產生數據覆蓋的問題。ADC_JDRx 是 32 位的，低 16 位有效，高 16 位保留，數據同樣分為左對齊和右對齊，具體是以哪一種方式存放，由ADC_CR2 的 11 位 ALIGN 設置。

7.中斷

從框圖中可以知道數據轉換完成之后可以產生中斷，有三種情況：

規則通道轉換完成中斷

規則通道數據轉換完成之后，可以產生一個中斷，可以在中斷函數中讀取規則數據寄存器的值。這也是單通道時讀取數據的一種方法。

注入通道轉換完成中斷

注入通道數據轉換完成之后，可以產生一個中斷，并且也可以在中斷中讀取注入數據寄存器的值，達到讀取數據的作用。

模擬看門狗事件

當輸入的模擬量（電壓）不再閾值范圍內就會產生看門狗事件，就是用來監視輸入的模擬量是否正常。

以上中斷的配置都由ADC_SR寄存器決定：

?

當然，在轉換完成之后也可以產生DMA請求，從而將轉換好的數據從數據寄存器中讀取到內存中。

8.電壓轉換

要知道，轉換后的數據是一個12位的二進制數，我們需要把這個二進制數代表的模擬量（電壓）用數字表示出來。比如測量的電壓范圍是0~3.3V，轉換后的二進制數是x，因為12位ADC在轉換時將電壓的范圍大小（也就是3.3）分為4096（2^12）份，所以轉換后的二進制數x代表的真實電壓的計算方法就是：y=3.3* x / 4096

三、初始化結構體

每個外設的核心就是其對應的初始化結構體了，ADC的初始化結構體如下：

typedef struct

?{

?uint32_t ADC_Mode; // ADC 工作模式選擇

?FunctionalState ADC_ScanConvMode; // ADC 掃描（多通道）或者單次（單通道）模式選擇?

?FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; // ADC 單次轉換或者連續轉換選擇

?uint32_t ADC_ExternalTrigConv; // ADC 轉換觸發信號選擇

?uint32_t ADC_DataAlign; // ADC 數據寄存器對齊格式

?uint8_t ADC_NbrOfChannel; // ADC 采集通道數

?} ADC_InitTypeDef;

通過配置初始化結構體來設置ADC的相關信息。

四、單通道電壓采集

用這個程序來簡單熟練一下ADC的單通道電壓采集吧，程序使用了ADC1的通道11，對應的IO口是PC^1，因為博主的開發板上PC ^1引腳沒有任何復用，使用中斷，在中斷中讀取轉換的電壓。

1.頭文件

為了提高文件的可移植性，頭文件中定義了一些與ADC和中斷相關的量，在移植程序的時候只需要修改頭文件中的定義即可。

#ifndef __ADC_H

#define __ADC_H

?

#include "stm32f10x.h"

?

/* 采用ADC1的通道11? 引腳為PC^1 模式必須是模擬輸入*/

#define ADC_GPIO_RCC? ? ?RCC_APB2Periph_GPIOC

#define ADC_GPIO_PORT? ? GPIOC

#define ADC_GPIO_PIN? ? ?GPIO_Pin_1

#define ADC_GPIO_MODE? ? GPIO_Mode_AIN??

?

/* 配置與中斷有關的信息 */

#define ADC_IRQn? ? ? ? ?ADC1_2_IRQn

#define ADC_RCC? ? ? ? ? RCC_APB2Periph_ADC1

?

?

/* 配置ADC初始化結構體的宏定義 */

#define ADCx? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ADC1

#define ADCx_ContinuousConvMode? ? ? ?ENABLE? ? ? ? ? ? ? ? ? //連續轉換模式

#define ADCx_DataAlign? ? ? ? ? ? ? ? ADC_DataAlign_Right? ? //轉換結果右對齊

#define ADCx_ExternalTrigConv? ? ? ? ?ADC_ExternalTrigConv_None? ? ? //不使用外部觸發轉換，采用軟件觸發

#define ADCx_Mode? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?ADC_Mode_Independent? ? //只使用一個ADC，獨立模式

#define ADCx_NbrOfChannel? ? ? ? ? ? ?1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //一個轉換通道

#define ADCx_ScanConvMode? ? ? ? ? ? ?DISABLE? ? ? ? ? ? ? ? //禁止掃描模式，多通道時使用

?

/* 通道信息和采樣周期 */

#define ADC_Channel? ? ? ? ? ? ? ? ? ?ADC_Channel_11

#define ADC_SampleTime? ? ? ? ? ? ? ? ADC_SampleTime_55Cycles5

?

?

/* 函數聲明 */

void ADC_COnfig(void);

void ADC_NVIC_Config(void);

void ADC_GPIO_Config(void);

void ADCx_Init(void);

#endif? /* __ADC_H */

?

2.引腳配置函數

首先配置相應的GPIO引腳，畢竟模擬信號是通過GPIO引腳傳輸到開發板的，注意的是，引腳的模式一定要是模擬輸入！

void ADC_GPIO_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDef? ?GPIO_InitStruct;

RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC_GPIO_RCC,? ENABLE);

?

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = ADC_GPIO_PIN ;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = ADC_GPIO_MODE ;

?

GPIO_Init(ADC_GPIO_PORT , &GPIO_InitStruct);

}

配置引腳就是老套路：聲明結構體變量、開啟時鐘、寫入結構體、初始化GPIO

3.NVIC配置函數

因為我們是在轉換完成后利用中斷，在中斷函數中讀取數據，所以要首先配置中斷函數的優先級，因為程序中只有這一個中斷，所以優先級的配置就比較隨意。

void ADC_NVIC_Config(void)

{

?

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct ;

?

/* 配置中斷優先級分組(設置搶占優先級和子優先級的分配)，在函數在misc.c */

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1) ;

?

/* 配置初始化結構體 在misc.h中 */

/* 配置中斷源 在stm32f10x.h中 */

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = ADC_IRQn ;

/* 配置搶占優先級 */

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1 ;

/* 配置子優先級 */

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1 ;

/* 使能中斷通道 */

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE ;

/* 調用初始化函數 */

NVIC_Init(&NVIC_InitStruct) ;

}

4.ADC配置函數

ADC的配置函數是ADC的精髓，在這個函數中包含的內容有：ADC的初始化結構體配置、配置了時鐘分頻、配置了通道轉換順序、打開轉換中斷、進行校準、軟件觸發ADC采集等。
函數中都有詳細的注釋：

void ADC_COnfig(void)

{

ADC_InitTypeDef? ADC_InitStruct;

RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC_RCC,? ENABLE);

?

/* 配置初始化結構體，詳情見頭文件 */

ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ADCx_ContinuousConvMode? ;

ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADCx_DataAlign ;

ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADCx_ExternalTrigConv ;

ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADCx_Mode ;

ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = ADCx_NbrOfChannel ;

ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = ADCx_ScanConvMode ;

?

ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStruct);

?

/* 配置ADC時鐘為8分頻，即9M */

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);

/* 配置ADC通道轉換順序和時間 */

ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_Channel, 1, ADC_SampleTime );

/* 配置為轉換結束后產生中斷 在中斷中讀取信息 */

ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC,ENABLE);

/* 開啟ADC，進行轉換 */

ADC_Cmd(ADCx, ENABLE );

/* 重置ADC校準 */

ADC_ResetCalibration(ADCx);

/* 等待初始化完成 */

while(ADC_GetResetCalibrationStatus( ADCx))

/* 開始校準 */

ADC_StartCalibration(ADCx);

/* 等待校準完成 */

while (ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));

/* 軟件觸發ADC轉換 */

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);

?

}

5.中斷函數

在中斷函數中進行讀取數據，將數據存放在變量result中，此處使用關鍵字extern聲明，代表變量result已經在其他文件中定義，關于extern的介紹在之前博客中有extern關鍵字

extern uint16_t resurt;

?

void ADC1_2_IRQHandler(void)

{

? ? /* 判斷產生中斷請求 */

while(ADC_GetITStatus(ADCx, ADC_IT_EOC) == SET)

resurt=ADC_GetConversionValue(ADCx);

/* 清除中斷標志 */

ADC_ClearITPendingBit(ADCx, ADC_IT_EOC);

}

6.主函數

主函數負責接收轉換的值，并將其轉換為電壓值，然后通過串口打印在計算機上，便于調試。
變量result是主函數中的全局變量，注意最后的結果應該轉換為浮點型。

#include "stm32f10x.h"

#include "usart.h"

#include "adc.h"

?

uint16_t result;

?

void delay(void)

{

uint16_t k=0xffff;

while(k--);

}

?

?

int main(void)

{

float voltage;

/* 串口調試函數 */

DEBUG_USART_Config();

?

/* 與ADC相關的函數打包在此函數中 */

ADCx_Init();

while(1)

{

? ? /* 強制轉換為浮點型 */

voltage = (float) result/4096*3.3;

printf(" 電壓值為：%f ",voltage);

delay();

}

?

}

? 編輯：黃飛