STM32F1系列微控制器ADC模数转换器详解
STM32F1系列微控制器ADC模数转换器详解
一、ADC模数转换器
ADC（Analog-Digital Converter）即模拟-数字转换器，能够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。STM32F1系列的ADC是12位逐次逼近型，转换时间为1us，频率为1MHz。输入电压范围为0-3.3V，转换结果在0到2^12-1之间，可以测量16个GPIO和两个内部信号源（温度传感器和内部参考电压）。STM32F1的ADC包含规则组和注入组两个转换单元，其中注入组用于紧急事件。此外，还配备了模拟看门狗以自动监测输入电压范围。
二、ADC的电路结构
1、逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC的工作原理是通过比较器和二分法来逐次逼近输入模拟值。具体来说，比较器会将输入的模拟电压与一个参考电压进行比较，根据比较结果逐步逼近真实值。例如，如果最大值为255（1111 1111），则首先比较255对应的电压，如果输入电压小于255，则比较127（0111 1111），依此类推，直到确定每一位的值。这个过程由时钟信号驱动，每次转换完成后会触发EOC（End of Conversion）信号。
2、STM32中的ADC电路结构
在STM32中，ADC电路结构主要包括16个GPIO口和两个内部信号源（温度传感器和参考电压），通过模拟多路开关进入ADC模数转换器。ADC模数转换器采用逐次逼近型电路结构，由时钟驱动，最大频率为14MHz。转换完成后，数据会被存储在规则组或注入组数据寄存器中，这些寄存器分别是16位和4*16位。规则组在使用多个ADC转换时需要使用DMA，否则只会保留最后一个ADC转换的结果。最后，规则组、注入组和模拟看门狗的转换结果都会通过ADC中断端口输出，并有各自的标志位。
3、STM33的ADC逻辑框图
（此处应有逻辑框图，但原文中未提供具体图片）
三、ADC配置要点
1、转换模式选择
在ADC中，可以通过控制量来选择转换模式，主要有单次模式和连续模式、扫描模式和非扫描模式，组合起来有四种模式：
2、数据对齐方式
数据对齐方式有左对齐和右对齐两种。一般情况下使用右对齐，这样读出来的值和实际值相同。值得注意的是，左对齐可以只读取高位，虽然会损失部分精度，但只需要读取一个字节。
3、转换时间
转换时间由采样时间和ADC转换时间共同构成。由于是12位ADC，大约需要12.5个ADC转换周期。采样时间越长，越能滤除毛刺信号。
4、ADC校准
在初始化时通常会对ADC进行校准，这是一个自动化过程，通过四条标准库代码执行。其原理是在电容上增加修正值来进行校准。这里的电容用于保存采样的电压，在保持阶段使用。
四、代码示例
本次实验将PA0口（ADC1的通道1）连接到一个滑动变阻器，用于测量电压值。以下是实验的主要步骤：
- 打开ADC和GPIO的时钟
- 配置ADC的预分频系数
- 初始化GPIO
- 配置数据选择器，选择ADC的通道
- 配置ADC的模数转换部分
- 使能ADC并进行校准
为了节省篇幅，完整的代码已上传至GitHub仓库：
STM32F103c8t6_learning/GPIO_std/STM32f1_ADC
请注意，HAL库的更新正在进行中，建议关注项目动态。
参考资料
- ADC模数转换器 - 哔哩哔哩
- AD单通道&AD多通道 - 哔哩哔哩