【F1-ADC】STM32 ADC 功能框图详解（看完就会编程了）

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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。

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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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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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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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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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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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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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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

梦幻世界wjl

希望火哥讲完这些基本的知识点，可以贴出一个简单的demo

fire

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。

fire

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。

fire

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。

梦幻世界wjl

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

china

我大概123456789

小旭旭

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？

fire

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      

小旭旭

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？

fire

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      

小旭旭

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？

fire

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   

小旭旭

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！

h2f910302

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？

COLD

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？？

留恋单行路

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！

micklema

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？

嘚啵

和书上写的差不多

一只大学弱

火哥，如果用ADC采集得到的数字信号可以发出去么

lucky邪神

这个详细，例程搞完了，还是不放心

zzck

怎么采集正弦波的有效值呢