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【STM32】ADC数模转换器

news 2025/9/23 11:47:20

【STM32】ADC数模转换器

  • 一、ADC数模—模数转换器
  • 二、逐次逼近型 ADC
    • 2.1 ADC0809芯片
    • 2.2 STM32里的ADC
  • 三、ADC基本结构
    • 3.1 基本结构图
    • 3.2 ADC通道和引脚复用关系
    • 3.3 规则组的4种转换模式
    • 3.4 触发控制（规则组的触发源）
    • 3.5 其它有关细节
  • 四、ADC程序
    • 4.1 ADC+单通道（单次转换非扫描）
    • 4.2 ADC+多通道

一、ADC数模—模数转换器

  1. ADC可以将引脚上连续变化的模拟电压转换为内存中存储的数字变量，建立模拟电路到数字电路的桥梁。（DAC数字模拟转换器）

  2. 12位（0~2¹²⁻¹）逐次逼近型ADC，1μs转换时间 1MHz，32ADC的最快转换频率

  3. 输入电压范围0 - 3.3V，转换结果0 - 4095

  4. 18个输入通道，可测量16个外部（GPIO口）和2个内部信号源（内部温度传感器，内部参考电压 1.2V）

  5. 规则组（常规使用）和注入组（突发事件）两个转换单元

  6. 模拟看门狗自动监测输入电压范围（高于阈值/低于时，看门狗会触发中断）
    C8T6的资源：ADC1，ADC2，10个外部输入通道

二、逐次逼近型 ADC

2.1 ADC0809芯片

以ADC0809芯片为例

在这里插入图片描述
ADC（模数转换器）的作用是把模拟信号（像连续变化的电压）转换成数字信号。以逐次逼近型ADC为例，转换过程大致如下：

  1. 启动转换：当START信号到来时，启动ADC转换。
  2. 逐次逼近比较：逐次逼近寄存器（SAR）从最高位开始，依次假设每一位为“1”，并将这个假设的数字量送入DAC（数模转换器）。DAC会把数字量转换成对应的模拟电压。然后，比较器将这个模拟电压与输入的模拟电压进行比较。
    • 如果DAC输出的模拟电压小于输入的模拟电压，说明假设的这一位“1”是合理的，就保留这一位为“1”。
    • 如果DAC输出的模拟电压大于输入的模拟电压，说明假设的这一位“1”不合理，就将这一位置为“0”。
    • 按照这样的方式，从最高位到最低位依次进行判断，直到确定所有位的值。
  3. 转换结果输出：当所有位都判断完毕后，逐次逼近寄存器中的数字量就是输入模拟电压对应的数字量。此时，EOC（转换结束信号）会发出提示，当OE（输出使能）有效时，8位三态锁存缓冲器就会把转换得到的数字量输出（如D0 - D7）。

2.2 STM32里的ADC

在这里插入图片描述

  1. 有 18 个输入通道（如 ADCx_IN0 - ADCx_IN15 等）。
  2. 模拟多路开关，可选择最多 4 个注入通道、最多 16 个规则通道。
  3. 包含注入通道数据寄存器（4×16 位，无需担心数据覆盖）、规则通道数据寄存器（16 位，可配合 DMA）。
  • 规则组：可以把它想象成日常的 “常规工作流程”，按照预先设定好的顺序，对多个指定的模拟输入通道依次进行转换。转换后的数据存储在规则通道数据寄存器中，并且可以配合 DMA（直接内存访问）进行数据传输，这样在进行大量数据转换时，不需要 CPU 频繁介入，提高了系统效率，适合连续、大量的常规数据采集场景。
  • 注入组：注入组类似于 “突发任务” 或者 “优先任务” 组。当系统有一些紧急或者需要优先处理的模拟信号转换需求时，就可以使用注入组。它可以在规则组转换的过程中插入进来，优先进行转换。转换后的数据存储在注入通道数据寄存器中，这些寄存器通常有多个（比如 4 个 16 位的寄存器），可以存储多组注入转换的数据，而且由于是优先处理的 “突发” 任务，不需要像规则组那样依赖 DMA 进行大规模数据传输，适合小批量、高优先级的转换场景。
  • 两者关系：规则通道负责常规、连续的数据采集，而注入通道可中断规则通道的转换过程，优先执行自身的转换任务，完成后再回到规则通道继续之前的转换。这样的设计能灵活管理不同优先级的模拟信号转换，既保障了常规数据的采集，又能及时响应特殊、紧急的转换需求，提升了 ADC 对复杂场景的适应能力。
  • PS：规则通道数据寄存器只有一个16位的寄存器，需要配合DMA及时将数据转运，否则会出现数据覆盖丢失的问题。
  1. 时钟部分（ADCCLK，最大 14MHz，属于 RCC，只能选择 6/8 分频，来源于 RCC）。
  2. 触发转换部分，涉及多种触发源（如 TIM1、TIM2 等定时器相关触发，以及外部触发等）
  3. 模拟看门狗等模块，用于监测输入电压范围，可触发中断（至 NVIC 的 ADC 中断）。

三、ADC基本结构

3.1 基本结构图

在这里插入图片描述
按照此图来编写程序

3.2 ADC通道和引脚复用关系

在这里插入图片描述

3.3 规则组的4种转换模式

在这里插入图片描述

  1. 单次转换 + 非扫描模式
    当 ADC 接收到触发信号后，仅对一个预设通道进行一次转换，转换完成后便停止工作。若需要再次转换，必须重新施加触发信号。
  2. 连续转换 + 非扫描模式
    一次触发后，ADC 会对同一个通道进行连续不断的转换，无需再次触发，直到手动停止转换或系统复位。
  3. 单次转换 + 扫描模式
    触发后，ADC 会按预设的通道序列（如通道 1→通道 2→通道 3）依次对多个通道各进行一次转换，完成所有通道的一轮扫描后自动停止。
  4. 连续转换 + 扫描模式
    一次触发后，ADC 会按预设通道序列循环连续扫描（如通道 1→通道 2→通道 3→通道 1→通道 2…），不断重复转换过程，直到手动停止。

3.4 触发控制（规则组的触发源）

在这里插入图片描述

3.5 其它有关细节

  1. 采用数据右对齐
  2. 转换时间
    AD转换的步骤：采样，保持，量化，编码（ADC逐次比较的过程）
    STM32 ADC的总转换时间(T_{CONV}) = 采样时间 + 12.5个ADC周期
    例如：当ADCCLK = 14MHz，采样时间为1.5个ADC周期
    (T_{CONV}) = 1.5 + 12.5 = 14个ADC周期 = 1μs
  3. 校准
    ADC有个内置自校准模式，校准可大幅度减小因内部电容器组的变化而造成的精准度误差，建议每次上电后执行一次校准，启动校准前，ADC必须处于关电状态超过至少两个ADC时钟周期（STM32会自动完成）
  4. 硬件电路
    在这里插入图片描述

四、ADC程序

基本步骤
①开启RCC时钟，包括ADC和GPIO的时钟，ADCCLK
②配置GPIO成模拟输入的模式
③配置多路开关，把左边通道接到右边的规则组里
④配置ADC转换器，用结构体来配置
⑤调用ADC_cmd()函数

4.1 ADC+单通道（单次转换非扫描）

接线图
在这里插入图片描述

  • AD.h 代码模块
#ifndef __AD_H
#define __AD_Hvoid AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(void);#endif
  • AD.c 代码模块
#include "stm32f10x.h"                  // Device headervoid AD_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);	//开启ADC1的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟/*设置ADC时钟*/RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);						//选择时钟6分频，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA0引脚初始化为模拟输入/*规则组通道配置*/ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);		//规则组序列1的位置，配置为通道0/*ADC初始化*/ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;						//定义结构体变量ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//模式，选择独立模式，即单独使用ADC1ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//数据对齐，选择右对齐ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//外部触发，使用软件触发，不需要外部触发ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;		//连续转换，失能，每转换一次规则组序列后停止ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;			//扫描模式，失能，只转换规则组的序列1这一个位置ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					//通道数，为1，仅在扫描模式下，才需要指定大于1的数，在非扫描模式下，只能是1ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);						//将结构体变量交给ADC_Init，配置ADC1/*ADC使能*/ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//使能ADC1，ADC开始运行/*ADC校准*/ADC_ResetCalibration(ADC1);								//固定流程，内部有电路会自动执行校准while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);ADC_StartCalibration(ADC1);while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}/*** 函    数：获取AD转换的值* 参    数：无* 返 回 值：AD转换的值，范围：0~4095*/
uint16_t AD_GetValue(void)
{ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);					//软件触发AD转换一次while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待EOC标志位，即等待AD转换结束return ADC_GetConversionValue(ADC1);					//读数据寄存器，得到AD转换的结果
}
  • main.c 代码模块
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"uint16_t ADValue;			//定义AD值变量
float Voltage;				//定义电压变量int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init();			//OLED初始化AD_Init();				//AD初始化/*显示静态字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "ADValue:");OLED_ShowString(2, 1, "Voltage:0.00V");while (1){ADValue = AD_GetValue();					//获取AD转换的值Voltage = (float)ADValue / 4095 * 3.3;		//将AD值线性变换到0~3.3的范围，表示电压OLED_ShowNum(1, 9, ADValue, 4);				//显示AD值OLED_ShowNum(2, 9, Voltage, 1);				//显示电压值的整数部分OLED_ShowNum(2, 11, (uint16_t)(Voltage * 100) % 100, 2);	//显示电压值的小数部分Delay_ms(100);			//延时100ms，手动增加一些转换的间隔时间}
}

4.2 ADC+多通道

采用扫描模式实现多通道，最好配合DMA防止数据覆盖
本次利用单次转换非扫描模式，只要在每次触发转换之前，手动更改一下列表第一个位置通道即可

接线图
在这里插入图片描述

  • AD.h 代码模块
#ifndef __AD_H
#define __AD_Hvoid AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel);#endif
  • AD.c 代码模块
#include "stm32f10x.h"                  // Device headervoid AD_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);	//开启ADC1的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟/*设置ADC时钟*/RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);						//选择时钟6分频，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA0、PA1、PA2和PA3引脚初始化为模拟输入/*不在此处配置规则组序列，而是在每次AD转换前配置，这样可以灵活更改AD转换的通道*//*ADC初始化*/ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;						//定义结构体变量ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//模式，选择独立模式，即单独使用ADC1ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//数据对齐，选择右对齐ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//外部触发，使用软件触发，不需要外部触发ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;		//连续转换，失能，每转换一次规则组序列后停止ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;			//扫描模式，失能，只转换规则组的序列1这一个位置ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					//通道数，为1，仅在扫描模式下，才需要指定大于1的数，在非扫描模式下，只能是1ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);						//将结构体变量交给ADC_Init，配置ADC1/*ADC使能*/ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//使能ADC1，ADC开始运行/*ADC校准*/ADC_ResetCalibration(ADC1);								//固定流程，内部有电路会自动执行校准while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);ADC_StartCalibration(ADC1);while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}/*** 函    数：获取AD转换的值* 参    数：ADC_Channel 指定AD转换的通道，范围：ADC_Channel_x，其中x可以是0/1/2/3* 返 回 值：AD转换的值，范围：0~4095*/
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);	//在每次转换前，根据函数形参灵活更改规则组的通道1ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);					//软件触发AD转换一次while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待EOC标志位，即等待AD转换结束return ADC_GetConversionValue(ADC1);					//读数据寄存器，得到AD转换的结果
}
  • main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"uint16_t AD0, AD1, AD2, AD3;	//定义AD值变量int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init();				//OLED初始化AD_Init();					//AD初始化/*显示静态字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "AD0:");OLED_ShowString(2, 1, "AD1:");OLED_ShowString(3, 1, "AD2:");OLED_ShowString(4, 1, "AD3:");while (1){AD0 = AD_GetValue(ADC_Channel_0);		//单次启动ADC，转换通道0AD1 = AD_GetValue(ADC_Channel_1);		//单次启动ADC，转换通道1AD2 = AD_GetValue(ADC_Channel_2);		//单次启动ADC，转换通道2AD3 = AD_GetValue(ADC_Channel_3);		//单次启动ADC，转换通道3OLED_ShowNum(1, 5, AD0, 4);				//显示通道0的转换结果AD0OLED_ShowNum(2, 5, AD1, 4);				//显示通道1的转换结果AD1OLED_ShowNum(3, 5, AD2, 4);				//显示通道2的转换结果AD2OLED_ShowNum(4, 5, AD3, 4);				//显示通道3的转换结果AD3Delay_ms(100);			//延时100ms，手动增加一些转换的间隔时间}
}
http://www.dtcms.com/a/395764.html

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