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STM32 ADC数模转换器详解与实战

创作时间:

作者:

@小白创作中心

STM32 ADC数模转换器详解与实战

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/qq_45419343/article/details/139359279

ADC（模拟-数字转换器）是嵌入式系统中常用的一种硬件模块，用于将模拟信号转换为数字信号。本文将详细介绍STM32微控制器中的ADC模块的工作原理和使用方法，并通过具体的代码示例展示如何实现单通道和多通道的AD转换。

一、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位逐次逼近型ADC，1us转换时间
输入电压范围：0~3.3V，转换结果范围：0~4095
18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源
规则组和注入组两个转换单元
模拟看门狗自动监测输入电压范围
STM32F103C8T6ADC资源：ADC1、ADC2，10个外部输入通道
逐次逼近型ADC
ADC框图
ADC基本结构
转换模式

单次转换，非扫描模式
连续转换，非扫描模式
单次转换，扫描模式
连续转换，扫描模式

数据对齐
转换时间

AD转换的步骤：采样，保持，量化，编码
STM32 ADC的总转换时间为：
TCONV = 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
TCONV = 1.5 + 12.5 = 14个ADC周期 = 1μs

校准

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
建议在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

二、AD单通道

按照以下接线方式连接，并将STLINK插到电脑上

AD转换函数驱动模块

ADCCLK的配置函数（在RCC中）
ADC相关库函数功能

AD.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
void AD_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);		//开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);						//配置ADCCLK 72MHz/6=12MHz
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;					//配置GPIO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;//模拟输入，在AIN模式下，GPIO口是无效的，断开GPIO，防止GPIO口的输入输出对模拟电压造成干扰，AIN模式就是ADC的专属模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
    
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);	//采用周期：55.5 转换周期：固定为12.5  一共68个周期	//选择规则组的输入通道
    
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;											//结构体初始化ADC
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE;//连续转换模式
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;//数据对齐
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;//触发控制
    ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=1;//通道数目，在扫描模式下会用到几个通道
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=DISABLE;//扫描转换模式
    ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);		
    
    ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);														//开启AC电源
    
    ADC_ResetCalibration(ADC1);							//复位校准				//ADC校准
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);	//返回复位校准的状态
    ADC_StartCalibration(ADC1);							//开始校准
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);		//获取校准状态		
}
uint16_t AD_GetValue(void)
{
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
    while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待时间：1/12MHz*(55.5+12.5)=5.6us
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);//读取后自动清除标志位
}

AD.h

#ifndef __AD_H
#define __AD_H
void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(void);
#endif

编写main.c代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"
uint16_t ADValue;
float Voltage;
int main(void)
{
    OLED_Init();
    AD_Init();
    
    OLED_ShowString(1,1,"ADValue:");
    OLED_ShowString(2,1,"Voltage:0.00V");
    while(1)
    {
        ADValue = AD_GetValue();
        Voltage = (float)ADValue/4095*3.3;	//AD值转换成电压
        
        OLED_ShowNum(1,9,ADValue,4);
        OLED_ShowNum(2,9,Voltage,1);
        OLED_ShowNum(2,11,(uint16_t)(Voltage*100)%100,2);
        
        Delay_ms(100);
    }
}

实现效果
AD单通道
单通道连续转换、非扫描模式
修改AD.c

三、AD多通道

按照以下接线方式连接，并将STLINK插到电脑上
AD转换函数驱动模块

AD.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
void AD_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);		//开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);						//配置ADCCLK 72MHz/6=12MHz
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;					//配置GPIO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;//模拟输入，在AIN模式下，GPIO口是无效的，断开GPIO，防止GPIO口的输入输出对模拟电压造成干扰，AIN模式就是ADC的专属模式
    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);
    
    
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;											//结构体初始化ADC
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE;//连续转换模式
    //ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;//连续转换模式
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;//数据对齐
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;//触发控制
    ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=1;//通道数目，在扫描模式下会用到几个通道
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=DISABLE;//扫描转换模式
    
    ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);		
    
    ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);														//开启AC电源
    
    ADC_ResetCalibration(ADC1);							//复位校准				//ADC校准
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);	//返回复位校准的状态
    ADC_StartCalibration(ADC1);							//开始校准
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);		//获取校准状态	
    //ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);		//软件触发
}
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);	//采用周期：55.5 转换周期：固定为12.5  一共68个周期	//选择规则组的输入通道
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
    while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待时间：1/12MHz*(55.5+12.5)=5.6us
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);//读取后自动清除标志位
}

AD.h

#ifndef __AD_H
#define __AD_H
void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel);
#endif

编写main.c代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"
uint16_t AD0,AD1,AD2,AD3;
int main(void)
{
    OLED_Init();
    AD_Init();
    
    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);
        AD1 = AD_GetValue(ADC_Channel_1);
        AD2 = AD_GetValue(ADC_Channel_2);
        AD3 = AD_GetValue(ADC_Channel_3);
        
        OLED_ShowNum(1,5,AD0,4);
        OLED_ShowNum(2,5,AD1,4);
        OLED_ShowNum(3,5,AD2,4);
        OLED_ShowNum(4,5,AD3,4);
        
        Delay_ms(100);
    }
}

实现效果
AD多通道