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前言
技术实现
连线图
代码实现
内容要点
ADC基本结构配置
读取ADC数据
电压值计算
实验结果
问题记录
前言
ADC（Analog-Digital Converter）模拟-数字转换器,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.12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有多达18个通道，可测量16个外部和两个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐对齐方式存储在16位数据寄存器中。
逐次逼近型ADC通过二进制搜索算法逐步确定输入模拟信号的数值，具体步骤如下：
- 初始化：
- 逐次逼近寄存器（SAR）将最高有效位（MSB）设为1，其余位设为0，形成一个初始猜测值。
- 该值通过内部DAC（数模转换器）转换为模拟电压，并与输入信号进行比较。
- 比较与调整：
- 比较器将DAC输出的电压与输入模拟信号进行比较：
- 若DAC电压 < 输入电压 → 保持该位为1，继续测试下一位（次高位）。
- 若DAC电压 > 输入电压 → 将该位清零（设为0），继续测试下一位。
- 重复上述步骤，逐位确定每一位的值（从MSB到LSB），直到所有位完成判断。
- 输出结果：
- 最终，SAR寄存器中保存的二进制数值即为输入模拟信号的数字表示。
ADC的输入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2经分频产生。
ADC主要特征：
● 12位分辨率
● 转换结束、注入转换结束和发生模拟看门狗事件时产生中断
● 单次和连续转换模式
● 从通道0到通道n的自动扫描模式
● 自校准
● 带内嵌数据一致性的数据对齐
● 采样间隔可以按通道分别编程
● 规则转换和注入转换均有外部触发选项
● 间断模式
● 双重模式(带2个或以上ADC的器件)
● ADC转换时间：
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STM32F103xx增强型产品：时钟为56MHz时为1μs(时钟为72MHz为1.17μs)
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STM32F101xx基本型产品：时钟为28MHz时为1μs(时钟为36MHz为1.55μs)
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STM32F102xxUSB型产品：时钟为48MHz时为1.2μs
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STM32F105xx和STM32F107xx产品：时钟为56MHz时为1μs(时钟为72MHz为1.17μs)
● ADC供电要求：2.4V到3.6V
● ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+
● 规则通道转换期间有DMA请求产生。
ADC功能描述：
技术实现
连线图
代码实现
main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h" //延时函数
#include "OLED.h"
#include "AD.h"uint16_t AD_Value; //AD转换值
float Voltage;int main(void)
{/*OLED初始化*/OLED_Init();AD_Init();OLED_ShowString(1,1,"ADValue:");OLED_ShowString(2,1,"Voltage:0.00V");while(1){AD_Value = AD_GetValue();Voltage = (float)AD_Value / 4095 * 3.3;OLED_ShowNum(1,9,AD_Value,5);OLED_ShowNum(2,9,Voltage,1);OLED_ShowNum(2,11,(uint16_t)(Voltage*100)%100,2);}
}AD.h
#ifndef AD_H
#define AD_H#include "stm32f10x.h"void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(void);#endif
AD.c
#include "AD.h"/*** @brief AD Initialization * @param None* @retval None* @note Initialize AD basic structure*/
void AD_Init(void)
{//开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);//配置ADC时钟 12MHzRCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//选择规则组的输入通道ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);//初始化ADCADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //独立ADC模式ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //非扫描模式ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //单次转换ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//软件触发，非外部触发ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //数据右对齐ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1; //序列1ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStruct);//关闭ADC电源，且超过两周期以上ADC_Cmd(ADC1,DISABLE);//维持ADC处于掉电状态并且持续两周期,满足校准要求，一个周期约为71.4ns，两个周期约为142.8nsDelay_us(1);//ADC校准ADC_ResetCalibration(ADC1); //复位校准，将ADC_CR2寄存器中的RSTCAL位置1，初始化校准寄存器while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准完成,校准寄存器被初始化后RSTAL位由硬件清零ADC_StartCalibration(ADC1); //AD校准，将ADC_CR2寄存器中的CAL位置1，开始校准while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待AD校准完成，校准完成后CAL位由硬件清零//开启ADC电源ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
}/*** @brief 获取AD转换的结果* @param None* @retval None* @note 启动转换，返回AD转换的结果*/
uint16_t AD_GetValue(void)
{ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE); //软件触发AD转换while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)); //等待AD转换完成，读取SR寄存器EOC位的状态，转换完成后硬件设置return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回获取的ADC转换结果，读取DR寄存器会自动清除EOC标志位
}
OLED部分代码参照文章《STM32基础教程——OLED显示》http://【STM32基础教程 ——OLED显示 - CSDN App】https://blog.csdn.net/2301_80319641/article/details/145837521?sharetype=blog&shareId=145837521&sharerefer=APP&sharesource=2301_80319641&sharefrom=link
内容要点
ADC基本结构配置
//开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
实现AD转换要选择GPIO端口作为AD通道，ADC1和GPIO同属APB2外设，故应先开启APB2外设时钟。
//配置ADC时钟 12MHzRCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);RCC_PCLK2_Div6: ADC clock = PCLK2/6 ，PCLK为72MHz,计算后ADC时钟为12MHz。
ADC时钟要求不得超过14MHz，当系统时钟为72MHz时，RCC_ADCCLKConfig()的参数分频因子只能选择RCC_PCLK2_Div6或RCC_PCLK2_Div8
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
由于进行AD转换，GPIO的输入量为模拟量，故应将GPIO的输入模式配置为模拟输入模式， 由于使用AD转换通道1，这里GPIO配置PA0引脚。AD通道与GPIO引脚对应见下图：
//选择规则组的输入通道ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);配置ADC输入通道，配置为ADC通道1，将其置于转换序列1，采样周期设置为55.5个采样周期，
AD转换时间为68/14/1000000,即4.86us,即最大采样频率为205.8kHz.
STM32 ADC的总转换时间为：TcoNv=采样时间+12.5个ADC周期
//初始化ADCADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //独立ADC模式ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //非扫描模式ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //单次转换ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//软件触发，非外部触发ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //数据右对齐ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1; //序列1ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStruct);初始化ADC，ADC模式有双ADC模式（包含多种模式）和单ADC模式，这里使用单ADC模式，同时转换模式设置为单次转换，非扫描模式（即转换序列只进行一次转换，并只转换指定的转换序列）。本实验使用软件触发AD转换的模式，不使用AD的硬件触发。数据对齐方式使用右对齐（右对齐不会改变数据的大小，使用方便，但精度不如数据左对齐，左对齐对高位操作方便，但数据读取不如右对齐方式。）。
//关闭ADC电源，且超过两周期以上ADC_Cmd(ADC1,DISABLE);//维持ADC处于掉电状态并且持续两周期,满足校准要求，一个周期约为71.4ns，两个周期约为142.8nsDelay_us(1);AD转换后要进行校准，关闭ADC电源且维持至少两个周期，满足AD转换的要求。
//ADC校准ADC_ResetCalibration(ADC1); //复位校准，将ADC_CR2寄存器中的RSTCAL位置1，初始化校准寄存器while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准完成,校准寄存器被初始化后RSTAL位由硬件清零ADC_StartCalibration(ADC1); //AD校准，将ADC_CR2寄存器中的CAL位置1，开始校准while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));ADC有一个内置自校准模式。校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的准精度误差。校准期间，在每个电容器上都会计算出一个误差修正码(数字值)，这个码用于消除在随后的转换中每个电容器上产生的误差 。先启用复位校准，复位校准寄存器，复位校准完成后会将ADC_CR2 寄存器中的RSTCAL位置0，标志校准寄存器已经初始化完成。在启用AD转换，当AD转换完成后，应急那会将CAL位置零。启动AD转换可以消除误差，确保数据的稳定性。
//开启ADC电源ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);启动AD转换
读取ADC数据
/*** @brief 获取AD转换的结果* @param None* @retval None* @note 启动转换，返回AD转换的结果*/
uint16_t AD_GetValue(void)
{ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE); //软件触发AD转换while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)); //等待AD转换完成，读取SR寄存器EOC位的状态，转换完成后硬件设置return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回获取的ADC转换结果，读取DR寄存器会自动清除EOC标志位
}
使用软件触发的方式触发AD转换，AD转换完成后会将ADC_SR寄存器的EOC位置1，使用 while()循环等待AD转换，完成后读取ADC_DR寄存器的值，将ADC的值返回。由于ADC_DR寄存器的低半字为ADC1规则组ADC的数据，ADC_GetConversionValue()将ADC_DR寄存器的值强转为了uint16_t,自动截断高半字。
电压值计算
AD_Value = AD_GetValue();Voltage = (float)AD_Value / 4095 * 3.3;
实验结果
旋转电位器，可以观察到OLED上显示的经转化后的电压数字量（电压值）在改变
问题记录
1.江科大教学视频中对AD校准未严格遵守“启动校准前，ADC必须处于关电状态(ADON=’0’)超过至少两个ADC时钟周期。”