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【F1-ADC】STM32 ADC 功能框图详解(看完就会编程了)

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发表于 2015-9-24 16:27:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
参考资料:《STM32中文参考手册》——  11 模拟/数字转换(ADC)


我们主要要讲的是下面这张图,如果把这张图看明白了,那么STM32的ADC就有了一个整体的把握,在编程的时候可以做到了然于胸。
我们在讲解这张图的时候采用从左到右的顺序来讲解,跟看时序图有点类似。

1.jpg


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 楼主| 发表于 2015-9-24 17:20:38 | 显示全部楼层

1、ADC输入范围:VREF- ≤ VIN ≤ VREF+ADC的电压输入范围由框图左上脚的VREF-、VREF+ 、VDDA 、VSSA、这四个引脚决定。

一般我们在设计原理图的时候把VSSA和VREF-接地,把VREF+和VDDA 接3V3,所以我们得到ADC的输入电压范围为:0~3.3V。
如果我们想让输入的电压范围变宽,去到可以测试负电压或者更高的正电压,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压到0~3.3V,这样ADC就可以测量了。
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 楼主| 发表于 2015-9-24 17:21:15 | 显示全部楼层
2、ADC 通道
我们确定好ADC输入电压之后,那么电压怎么输入到ADC?这里我们引入通道的概念,STM32的ADC多达18个通道,
其中外部的16个通道就是框图左边的ADCx_IN0、ADCx_IN1...ADCx_IN5。这16个通道对应着不同的IO口,只有ADC1/2才有这16个外部通道,具体是哪一个IO口可以从手册查询到。
其中ADC1/2/3还有内部通道:
ADC1的通道16连接到了芯片内部的温度传感器,Vrefint 连接到了通道17。
ADC2的模拟通道16和17连接到了内部的VSS。
ADC3的模拟通道14、15、16和17连接到了内部的VSS。

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,注入通道只能有4路。那这两个通道有
什么区别?在什么时候使用?


规则通道:顾名思意,规则通道就是很规矩的意思,我们平时一般使用的就是这个通道,或者应该说我们用到的都是这个通道,
没有什么特别要注意的可讲。

注入通道:注入,可以理解为插入,插队的意思,就是一种不安分的通道。它是一种在规则通道转换的时候强行插入要转换的一种。
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。
这点跟中断程序很像,都是不安分的主。所以,注入通道只有在规则通道存在才会出现。


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 楼主| 发表于 2015-9-24 17:21:40 | 显示全部楼层
3、通道转换的顺序
当我们选定好要用几个通道的时候,那么就会涉及到具体是哪个通道先转换的问题。这时很多有经验的电工就会想到,这肯定是有
一个寄存器来控制的,可以对每个通道的转换顺序自由的编程。这可以说对也可以说不对,那到底是怎么样控制的呢?STM32里面
用了一种比较绕的方法,很多初学者在学习的时候都理解不了。


决定通道转换数序是由规则序列寄存器SQR和注入序列寄存器JSQR这两个寄存器决定。
SQR: 规则序列寄存器
JSQR: 注入序列寄存器

SQR有3个,分别为SQR1、SQR2、SQR3,这三个寄存器决定规则转换的顺序。
第一次转换的是SQR3寄存器的SQ1[4:0],第二次转换的是SQ2[4:0],第x次转换的是SQx[4:0],以此类推。
SQR3寄存器决定的是SQ1~SQ6,SQR2寄存器决定的是SQ7~SQ12,SRQ1寄存器决定的是SQ13~SQ16。


ADC支持最多16个通道,具体要使用多少个通道,在SQR1的L[3:0]设置。当我们设置好要使用
多少个通道之后,就面临着这些通道的转换顺序,我们先讲解SQR。这个转换顺序由SQR决定,
SQR就好像做了16个蹲位,每个蹲位按照1~16标号,标号1表示第一次转换,以此类推,标号16表示最后一次转换。
剩下的就是要转换的通道往相应的蹲位跳即可,如果是通道16(CH16)想第一次转换,那么CH16往SQ1这个蹲位跳即可,
我们只要在SQR3这个寄存器的SQ1[4:0]位设置0X10(即16)就可以了,如果第二次转换的是通道1(CH1)那么只要在SQR3寄存器的SQ2[4:0]位设置0X01即可,


而JSQR则跟SQR不一样,JSQR最多只支持4个通道,这个由JSQR的JL[2:0]决定。
JSQR跟SQR决定转换顺序的时候也不一样,第一次转换的不是JSQR1[4:0],而是JCQRx[4:0] ,x = (4-JL),更SQR刚好是反过来的。
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了。
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 楼主| 发表于 2015-9-24 17:21:59 | 显示全部楼层
4、怎么开始转换,如何控制?
通道选好了,转换的顺序也选好了,那接下来是不是就该开始转换了。ADC转换可以由ADC控制寄存器2: ADC_CR2的ADON这个位
来控制,写1的时候开始转换,写0的时候停止转换,这个是最简单也是最好理解的开启ADC转换的控制方式,理解起来没啥技术含量。


除了这种庶民式的控制方法,ADC还支持触发转换,这个触发包括内部定时器触发和外部IO触发。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]用于控制规则通道的触发源,JEXTSEL[2:0]
用于控制注入通道的触发源。选定好触发源之后,触发源是否要激活,则由ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTTRIG和JEXTTRIG这两位
来激活。其中ADC3的规则转换和注入转换触发与ADC1/2的不同,在框图上已经表示出来。


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 楼主| 发表于 2015-9-24 17:49:59 | 显示全部楼层
5、转换开始,那转换的时间怎么样?转换一次需要多少的时间?(ADCLK
输入时钟:
说到ADC的转换时间,这个跟ADC的输入时钟有关系,ADC的输入时钟是经由PCLK2分频产生,最高不能超过14MHZ,

要想设置ADC的转换时间为1us,ADCCLK应该这么设置?
所以ADC的输入时钟最高只能是14M。当ADCCLK的输入时钟是14M,再设置最短的采样时间的话,ADC的转换时间可以达到最短的1us。
ADCCLK是PCLK2经过ADC的预分频器分频产生的,ADC的预分频器可以是不分频,或者是2/4/6/8,倒推过来的话,
PCLK2的时钟只能是这几种:14*[2,4,6,8]=28,56,84,112,但是鉴于SYSCLK最高时钟一般使用72M,
所以PCLK2只能是28M或者56M,这里要注意的是,ADCLK预分频器是没有1分频的。

采样时间: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和ADC_SMPR2寄存器
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ADC_CLK


转换时间:转换时间由ADC的输入时钟和采样时间决定,公式如下。


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,所以STM32的ADC总的转换时间最短是1us。

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 楼主| 发表于 2015-9-24 17:51:54 | 显示全部楼层
6、转换后的数据放在哪里?  ADC_DR  和 ADC_JDRx
一切准备就绪,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,注入组的数据放在JDRx。

ADC_DR:ADC规则数据寄存器
ADC规则组数据寄存器ADC_DR只有一个,是一个32位的寄存器,低16位在单ADC时使用,高16位是在ADC1中双模式下
保存的ADC2转换的规则数据,双模式就是ADC1和ADC2同时使用。在单模式下,ADC1/2/3都是不使用高16位的。因为
ADC的精度是12位的,转换出来的值只有12位,那么无论ADC_DR的高16或者低16位都放不满,只能左对齐或者右对齐,
具体是以哪一种方式存放,由ADC_CR2的11位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,那转换的数据是不是就全部都挤在了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。

ADC_JDRx:ADC注入数据寄存器
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。
ADC_JDRx是32位的,低16位有效,高16位保留,数据同样分为左对齐和右对齐,具体是以哪一种方式存放,由ADC_CR2的11位ALIGN设置。
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 楼主| 发表于 2015-9-24 17:57:24 | 显示全部楼层
7、数据如果转换出错了,怎么办?是否可以产生中断?

转换结束中断
数据转换结束后,可以产生中断,中断分为三种:规则通道转换结束中断,注入转换通道转换结束中断,模拟看门狗中断。
其中转换结束中断很好理解,跟我们平时接触的中断一样,有相应的中断标志位和中断使能位,我们还可以根据中断类型
写相应配套的中断服务程序。


DMA请求
规则和注入通道转换结束后,除了产生中断外,还可以产生DMA请求,把转换好的数据直接存储在内存里面。要注意的是只有
ADC1和ADC3可以产生DMA请求。有关DMA请求需要配合《10 DMA控制器》这一章节来学习。一般我们在使用ADC的时候都
会开启DMA传输。


模拟看门狗中断
当被ADC转换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和ADC_HTR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。




8、转换后的数字的电压如何转换成模拟电压?
模拟电压经过ADC转换后,是一个12位的数字值,如果通过串口以16进制打印出来的话,可读性比较差,那么有时候我们就需要把数字
电压转换成模拟电压,也可以跟实际的模拟电压(用万用表测)对比,看看转换是否准确。

转换公式:
我们一般在设计原理图的时候会把ADC的输入电压范围设定在:0~3.3v,因为ADC是12位的,那么12位满量程对应的就是3.3V,12位
满量程对应的数字值是:2^12。数值0对应的就是0V,这个好理解。


如果转换后的数值为  X ,X对应的模拟电压为Y,那么会有下面的一个等式成立(别问我为什么):  2^12 / 3.3 = X / Y,=> Y = (3.3 * X ) / 2^12





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发表于 2015-9-28 11:53:12 | 显示全部楼层
希望火哥讲完这些基本的知识点,可以贴出一个简单的demo
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 楼主| 发表于 2015-9-29 17:16:26 | 显示全部楼层
梦幻世界wjl 发表于 2015-9-28 11:53
希望火哥讲完这些基本的知识点,可以贴出一个简单的demo

讲完之后我会把ADC的全部模式都讲一个例程,会把ADC的各种使用方法都讲到,只是需要的时间比较长,更新的比较慢。
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 楼主| 发表于 2015-9-29 17:17:38 | 显示全部楼层
梦幻世界wjl 发表于 2015-9-28 11:53
希望火哥讲完这些基本的知识点,可以贴出一个简单的demo

其实这些基本知识,很多初学者对有些概念都是很模糊的。
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 楼主| 发表于 2015-9-29 17:17:45 | 显示全部楼层
梦幻世界wjl 发表于 2015-9-28 11:53
希望火哥讲完这些基本的知识点,可以贴出一个简单的demo

其实这些基本知识,很多初学者对有些概念都是很模糊的。
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发表于 2015-10-8 13:29:22 | 显示全部楼层
fire 发表于 2015-9-29 17:16
讲完之后我会把ADC的全部模式都讲一个例程,会把ADC的各种使用方法都讲到,只是需要的时间比较长,更新的 ...

能够这么详细的讲解,需要时间长非常能够理解的,我会一直关注着火哥的论坛动态的
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发表于 2015-11-2 23:48:00 来自手机 | 显示全部楼层
我大概123456789
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发表于 2015-12-11 10:44:42 | 显示全部楼层
fire 发表于 2015-9-24 17:49
5、转换开始,那转换的时间怎么样?转换一次需要多少的时间?(ADCLK)
输入时钟:
说到ADC的转换时间, ...

火哥,如果用定时器触发,ADC的采样频率是不是就是定时器的时间?
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 楼主| 发表于 2015-12-11 11:41:28 | 显示全部楼层
小旭旭 发表于 2015-12-11 10:44
火哥,如果用定时器触发,ADC的采样频率是不是就是定时器的时间?

不是,定时器触发的意思就是定时器给 ADC 发信号采集 而已      
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发表于 2015-12-11 12:04:36 | 显示全部楼层
fire 发表于 2015-12-11 11:41
不是,定时器触发的意思就是定时器给 ADC 发信号采集 而已

那么,火哥adc的频率是什么控制的呢?
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 楼主| 发表于 2015-12-11 12:08:13 | 显示全部楼层
小旭旭 发表于 2015-12-11 12:04
那么,火哥adc的频率是什么控制的呢?

ADC的采样周期软件控制啊,有个寄存器,我在6楼有分析      
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发表于 2015-12-11 12:12:37 | 显示全部楼层
fire 发表于 2015-12-11 12:08
ADC的采样周期软件控制啊,有个寄存器,我在6楼有分析

哦哦,是这个        /*ÅäÖÃADC1μÄí¨μà11Îa55.        5¸ö2éÑùÖüÆú£¬DòáDÎa1 */
        ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);对吧火哥?
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 楼主| 发表于 2015-12-11 12:38:26 | 显示全部楼层
小旭旭 发表于 2015-12-11 12:12
哦哦,是这个        /*ÅäÖÃADC1μÄí¨μà11Îa55.        5¸ö2éÑù&# ...

对,你可以看看ADC的那个采样寄存器,里面有描述   
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发表于 2015-12-11 13:10:24 | 显示全部楼层
fire 发表于 2015-12-11 12:38
对,你可以看看ADC的那个采样寄存器,里面有描述

嗯嗯,谢谢火哥!
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发表于 2016-1-19 17:37:39 | 显示全部楼层
火哥,有没有视频详细讲解怎么给stm 32编写代码,现在可以看得懂代码,不知道该怎么写,从哪入手?
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发表于 2016-5-22 21:49:41 | 显示全部楼层
fire 发表于 2015-9-24 17:21
3、通道转换的顺序
当我们选定好要用几个通道的时候,那么就会涉及到具体是哪个通道先转换的问题。这时很 ...

SQR3这个寄存器的SQ1[4:0]位设置0X10(即16)就可以了,火哥,为什么设置0x10就是16了??
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发表于 2016-7-17 13:32:17 | 显示全部楼层
复习复习

看完后才发现自己还有很多东西没注意到,多谢火哥!
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发表于 2017-5-26 10:59:45 | 显示全部楼层
要是ADC1全部16个通道都配置上,ADC_PIN怎么写啊?@fire  例程里用的6个通道都是GPIO_C脚,GPIO_PIN_0开始,要是使用PA 不是也从GPIO_IN_0开始的吗?
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发表于 2018-10-10 21:58:18 | 显示全部楼层
和书上写的差不多
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发表于 2019-3-6 20:43:53 | 显示全部楼层
火哥,如果用ADC采集得到的数字信号可以发出去么
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发表于 2019-3-9 22:46:54 | 显示全部楼层
这个详细,例程搞完了,还是不放心
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发表于 2021-6-15 12:49:28 | 显示全部楼层
怎么采集正弦波的有效值呢
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