ADC的认识

ADC的认识

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_69437569/article/details/137718209

ADC（模数转换器）是电子工程和嵌入式系统开发中一个重要的组件，它负责将模拟信号转换为数字信号，以便计算机可以处理。本文将详细介绍ADC的基本概念、性能指标、特性、通道配置、触发方式、转换时间、转换模式以及如何使用ADC读取烟雾传感器的值的实验。

ADC介绍

Q:ADC是什么？
A：全称：Analog-to-Digital Converter，指模拟/数字转换器

ADC的性能指标

• 量程：能测量的电压范围
• 分辨率：ADC能辨别的最小模拟量，通常以输出二进制数的位数表示，比如：8、10、12、 16位等；位数越多，分辨率越高，一般来说分辨率越高，转化时间越长
• 转化时间：从转换开始到获得稳定的数字量输出所需要的时间称为转换时间

ADC特性

• 12位精度下转换速度可高达1MHZ
• 供电电压：V SSA ：0V，V DDA ：2.4V~3.6V
• ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ **VREF+ **
  一般VREF-接 VSSA; VREF+接VDDA; 而VSSA一般接地，VDDA一般接3.3V；
  所以量程是0 ~3.3v
• 采样时间可配置，采样时间越长, 转换结果相对越准确, 但是转换速度就越慢
• ADC 的结果可以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器中
  16位寄存器里存放12位的精度的数据，就会涉及到左对齐和右对齐的问题（默认右对齐）

ADC通道

总共2个ADC（ADC1，ADC2），每个ADC有18个转换通道: 16个外部通道（也就是和GPIO口连在一起的）、 2个内部通道（温度 传感器、内部参考电压）。
外部的16个通道在转换时又分为规则通道和注入通道，其中规则通道最多有16路，注入通道最多 有4路。
可以这样理解：
规则组：正常排队的人；
注入组：有特权的人（军人、孕妇）（假如注入组的过来了，就要暂停规则组的动作，可以说注入组打断规则组的动作）

ADC转换顺序

每个ADC只有一个数据寄存器，16个通道一起共用这个寄存器，所以需要指定规则转换通道的转 换顺序。（假如前面的数据没有被读走，后面的数据就会将前面的数据覆盖）
规则通道中的转换顺序由三个寄存器控制：SQR1、SQR2、SQR3，它们都是32位寄存器。SQR寄存器控制着转换通道的数目和转换顺序，只要在对应的寄存器位SQx中写入相应的通道，这个通 道就是第x个转换。
和规则通道转换顺序的控制一样，注入通道的转换也是通过注入寄存器来控制，只不过只有一个 JSQR寄存器来控制，控制关系如下：
注入序列的转换顺序是从JSQx[ 4 : 0 ]（x=4-JL[1:0]）开始。只有当JL=4的时候，注入通道的转换 顺序才会按照JSQ1、JSQ2、JSQ3、JSQ4的顺序执行。

ADC触发方式

1. 通过向控制寄存器ADC-CR2的ADON位写1来开启转换，写0停止转换。（软件）
2. 也可以通过外部事件（如定时器）进行转换。（硬件）

ADC转化时间

ADC是挂载在APB2总线（PCLK2）上的，经过分频器得到ADC时钟（ADCCLK），最高 14 MHz。
转换时间 = 采样时间+12.5个周期
12.5个周期是固定的，一般我们设置 PCLK2=72M，经过 ADC 预分频器能分频到最大的时钟只能 是 12M，采样周期（采样时间）设置为 1.5 个周期，则一共是14倍周期，为14 *（1/12000000）秒； 算出最短的转换时间为 1.17us。

ADC转化模式

扫描模式
关闭扫描模式：只转换ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的第一个通道
打开扫描模式：扫描所有被ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的所有通道

单次转换/连续转换
单次转换：只转换一次
连续转换：转换一次之后，立马进行下一次转换

使用ADC读取烟雾传感器的值 的实验

硬件介绍
烟雾传感器：

烟雾传感器的AO和DO分别代表模拟信号和数字信号，由于现在学习的ADC（模数转换），所以将AO引脚接入单片机，而不使用DO引脚。
那么AO应该接在哪里呢？
查看产品手册：
在STM32中，两路ADC的同一通道使用的同一个引脚
在这个实验中，将AO接入单片机的PA0，对应ADC1或2的通道0

CubeMx

1.常规配置
SYS->Debug->Serial Wire
RCC->High Speed Clock(HSE)->Crystal/Ceramic Resonator
时钟树HSE、PLLCLK打开，HCLK设置成72MHz
打开uart1
注意这里的时钟配置“Clock Configuration”，上面提到过，ADC是挂载在PCLK2上的，并经过分配得到ADC自己的时钟频率的。
问题在于，如果像之前那样设置HCLK为72MHz, 那么在尝试打开ADC的时候，会报错：

原因就是 ADC的最高频率是14MHz，然而根据惯例设置，分配到ADC处的频率变成了36MHz了。
解决办法就是：
先将弹出来的会话框点击NO（因为这是会自动帮忙配置的请求，这里只需要自己调整一下就可以），然后将ADC的分频系数改为“/6” 或 “/8”，这样就不会报错了：

2. 点击左侧的ADC，选择通道0：
   可以看到右侧的图中PA0被选中，再次证明PA0的确是ADC1的通道0：
   在下方的参数设置，可以看到上面提到的关于ADC各种的设置，此处暂不修改

3.生成代码

Keil

1. 因为要通过串口来打印数据，所以要重写printf，所以要打开miro-lib：
   2.程序代码

#include "stdio.h"
int fputc(int a, FILE *f) //一个字符一个字符发送
{
    unsigned char temp[1] = {a};
    HAL_UART_Transmit(&huart1, temp, 1, 0xffff);
    return a;
}
int main(void)
{
 
    uint32_t smoke_valve = 1;
  while (1)
  {
   
        HAL_ADC_Start(&hadc1);  //启动ADC1转换
        HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,50);  //等待ADC转换完成，50是time out
        smoke_valve = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);//读取ADC转换数据，通过跳转可以知道返回值是“uint32_t”类型
        //printf("smoke_valve = %d\r\n",smoke_valve);
        printf("smoke_valve = %fV\r\n",3.3/4096*smoke_valve);//读取的是刻度，总共是2^12的刻度（读取到的值/2^12*3.3V则可得电压值）
        HAL_Delay(500);
  }
  
}

从HAL_ADC_GetValue(&hadc1)中读取到的是一个12位有效二进制数的值，而电压是3.3V，所以一个刻度的值就是 3.3/2^12 = 3.3/4096，把这个最小刻度值乘以读取到的值，就是有效的数据了。
而读出来的数其实就是电压的值，至于电压的值究竟对应多少烟雾含量，这个要看烟雾报警器的手册等。

实现效果
串口助手中：
可见，每隔500ms，就会通过串口打印通过ADC转换得到的有效电压值！