一、模數(shù)轉(zhuǎn)換器概述

??在STM32微控制器系列中，ADC（Analog-to-Digital Converter）是一個(gè)重要的外設(shè)模塊，它允許微控制器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)以進(jìn)行處理。模擬信號(hào)–>數(shù)字信號(hào)。
?? MCU只能處理數(shù)字量(10011001)，如果需要MCU區(qū)分模擬輸入信號(hào)時(shí)，MCU直接做不了，需要將模擬信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)成數(shù)字量供MCU處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般用在各類傳感器〈光敏電阻）上，還有部分用在音視頻處理上。
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二、模數(shù)轉(zhuǎn)換器分類

（1）并聯(lián)比較型

（2）逐次逼近型（天平稱重原理類型）

??轉(zhuǎn)換開始前先將所有寄存器清零。開始轉(zhuǎn)換以后，時(shí)鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1，使輸出數(shù)字為100···0。這個(gè)數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓Uo，送到比較器中與Ui進(jìn)行比較。
??若Ui<Uo，說(shuō)明數(shù)字過(guò)大了，故將最高位的1清除為0。將下一位置1，繼續(xù)進(jìn)行比較。（減/換砝碼）
??若Ui>Uo，說(shuō)明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將這一位保留。然后，再按同樣的方式將下一次高位置成1 ，再繼續(xù)進(jìn)行比較。（加砝碼）
??并且經(jīng)過(guò)比較以后確定這個(gè)1是否應(yīng)該保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止。比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。
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三、模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要參數(shù)

?? 分辨率：它表明A/D對(duì)模擬信號(hào)的分辨能力,由它確定能被A/D辨別的最小模擬量變化。通常為8，10，12，16位等。如電壓為0~3.3v，分辨率為4096，則可識(shí)別最小A/D模擬量變化為 3.3/ 4096 v。
?? 轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間是A/D完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。一般轉(zhuǎn)換速度。越快越好。
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四、STM32中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器

??分辨率12位（最高）ADC是逐次趨近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它具有多達(dá)19個(gè)復(fù)用通道，可測(cè)量來(lái)自16眾外部源、兩個(gè)內(nèi)部源和VBAT通道的信號(hào)。這些通道的A/D轉(zhuǎn)換可在單次、連續(xù)、掃描或不連續(xù)采樣模式下進(jìn)行。ADC的結(jié)果存儲(chǔ)在一個(gè)左對(duì)齊或右對(duì)齊的16位數(shù)據(jù)寄存器中。
??ADC具有模擬看門狗特性，允許應(yīng)用檢測(cè)輸入電壓是否超過(guò)了用戶自定義的閾值上限或下限。

1. 主要特性：

? ?●12位分辨率
? ?● 轉(zhuǎn)換結(jié)束、注入轉(zhuǎn)換結(jié)束和發(fā)生模擬看門狗事件時(shí)產(chǎn)生中斷
? ?● 單次和連續(xù)轉(zhuǎn)換模式
?? ● 從通道0到通道n的自動(dòng)掃描模式
? ?● 自校準(zhǔn)
? ?● 帶內(nèi)嵌數(shù)據(jù)一致性的數(shù)據(jù)對(duì)齊
? ?● 采樣間隔可以按通道分別編程
? ?● 規(guī)則轉(zhuǎn)換和注入轉(zhuǎn)換均有外部觸發(fā)選項(xiàng)
? ?● 間斷模式
?? ● 雙重模式(帶2個(gè)或以上ADC的器件)

2. 框圖：

3. 功能分析：

(1) ADC開關(guān)控制

??可通過(guò)將 ADC_CR2寄存器中的 ADON位置1來(lái)為ADC供電。首次將ADON位置1時(shí)，會(huì)將ADC 從掉電（低功耗）模式中喚醒。SWSTART或JSWSTART位置1時(shí)，啟動(dòng)AD 轉(zhuǎn)換。
??可通過(guò)將 ADON位清零來(lái)停止轉(zhuǎn)換，并使ADC進(jìn)入掉電（低功耗）模式。在此模式下ADC 幾乎不耗電（只有幾A)。

(2) ADC時(shí)鐘

ADC具有兩個(gè)時(shí)鐘方案:
??用于數(shù)字接口的時(shí)鐘：（用于寄存器讀/寫訪問(wèn))此時(shí)鐘等效于APB2時(shí)鐘?？梢酝ㄟ^(guò) RCC APB2外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器(RCC_APB2ENR)分別為每個(gè)ADC使能/禁止數(shù)字接口時(shí)鐘。
??用于模擬電路的時(shí)鐘：ADCCLK，所有ADC共用此時(shí)鐘來(lái)自于經(jīng)可編程預(yù)分頻器分頻的APB2時(shí)鐘，該預(yù)分頻器允許ADC在fpclk2/2、/4、/6或/8下工作。有關(guān)ADCCLK的最大值，請(qǐng)參見數(shù)據(jù)手冊(cè)。

(3）通道選擇

??有16條復(fù)用通道?？梢詫⑥D(zhuǎn)換分為兩組：規(guī)則轉(zhuǎn)換（規(guī)則組）和注入轉(zhuǎn)換（注入組）。每個(gè)組包含一個(gè)轉(zhuǎn)換序列，該序列可按任意順序在任意通道上完成。例如，可按以下順序?qū)π蛄羞M(jìn)行轉(zhuǎn)換: ADC_IN3、ADC_IN8、ADC_IN2、ADC_IN2、ADC_INO、ADC_IN2、ADC_IN2、ADC_IN15。
??一個(gè)規(guī)則轉(zhuǎn)換組最多由16個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)成。必須在ADC_SQRx寄存器中選擇轉(zhuǎn)換序列的規(guī)則通道及其順序。規(guī)則轉(zhuǎn)換組中的轉(zhuǎn)換總數(shù)必須寫入ADC_SQR1寄存器中的 L[3:0]位。

??一個(gè)注入轉(zhuǎn)換組最多由4個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)成。必須在 ADC_JSQR寄存器中選擇轉(zhuǎn)換序列的注入通道及其順序。注入轉(zhuǎn)換組中的轉(zhuǎn)換總數(shù)必須寫入ADC_JSQR寄存器中的L[1:0]位。

??如果在轉(zhuǎn)換期間修改 ADC_SQRx或 ADC_JSQR寄存器，將復(fù)位當(dāng)前轉(zhuǎn)換并向ADC發(fā)送一個(gè)新的啟動(dòng)脈沖，以轉(zhuǎn)換新選擇的組。

(4）轉(zhuǎn)換模式

●單次轉(zhuǎn)換模式：

在單次轉(zhuǎn)換模式下，ADC執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換。CONT位為0時(shí)，可通過(guò)以下方式啟動(dòng)此模式：

適用規(guī)則通道：將 ADC_CR2寄存器中的 SWSTART位置1。
適用注入通道：將JSWSTART位置1。
適用規(guī)則通道或注入通道：外部觸發(fā)，完成所選通道的轉(zhuǎn)換之后。

如果轉(zhuǎn)換了規(guī)則通道：
?? 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在16位 ADC_DR寄存器中—EOC（轉(zhuǎn)換結(jié)束）標(biāo)志置1。
?? EOCIE位置1時(shí)將產(chǎn)生中斷。
如果轉(zhuǎn)換了注入通道:
??轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在16位 ADC_JDR1寄存器中一JEOC（注入轉(zhuǎn)換結(jié)束）標(biāo)志置1。
??JEOCIE位置1時(shí)將產(chǎn)生中斷。
然后，ADC停止。
?

●連續(xù)轉(zhuǎn)換模式：(僅適用于規(guī)則通道)

??在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下， ADC 結(jié)束一個(gè)轉(zhuǎn)換后立即啟動(dòng)一個(gè)新的轉(zhuǎn)換。 CONT 位為 1 時(shí)，可通過(guò)外部觸發(fā)或?qū)?ADC_CR2 寄存器中的 SWSTRT 位置 1 來(lái)啟動(dòng)此模式。

每次轉(zhuǎn)換之后：
??上次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在16 位 ADC_DR 寄存器中。
??EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志置 1。
??EOCIE 位置1時(shí)將產(chǎn)生中斷。
??注意: 無(wú)法連續(xù)轉(zhuǎn)換注入通道。連續(xù)模式下唯一的例外情況是，注入通道配置為在規(guī)則通道之后自動(dòng)轉(zhuǎn)換(使用 JAUTO 位)，請(qǐng)參見自動(dòng)注入一節(jié)。
?

●掃描模式： （此模式用于掃描一組模擬通道）

??通過(guò)將 ADC_CR1寄存器中的 SCAN位置1來(lái)選擇掃描模式。將此位置1后，ADC會(huì)掃描在ADC_SQRx寄存器(對(duì)于規(guī)則通道)或ADC_JSQR寄存器(對(duì)于注入通道)中選擇的所有通道。為組中的每個(gè)通道都執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換。每次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換該組中的下一個(gè)通道。如果將CONT位置1，規(guī)則通道轉(zhuǎn)換不會(huì)在組中最后一個(gè)所選通道處停止，而是再次從第一個(gè)所選通道繼續(xù)轉(zhuǎn)換。

??如果將 DMA位置1，則在每次規(guī)則通道轉(zhuǎn)換之后，均使用直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(DMA)控制器將轉(zhuǎn)換自規(guī)則通道組的數(shù)據(jù)（存儲(chǔ)在ADC_DR寄存器中）傳輸?shù)絊RAM。

在以下情況下，ADC_SR寄存器中的EOC位置1:
??如果EOCS位清零，在每個(gè)規(guī)則組序列轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)
??如果 EOCS位置1，在每個(gè)規(guī)則通道轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)
??從注入通道轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)始終存儲(chǔ)在 ADC_IDRx寄存器中。

(5）注入通道管理

●觸發(fā)注入（類似于中斷，優(yōu)先級(jí)：注入組 >規(guī)則組）
??要使用觸發(fā)注入，必須將 ADC_CR1寄存器中的 JAUTO位清零。
??1.通過(guò)外部觸發(fā)或?qū)DC_CR2寄存器中的 SWSTART位置1來(lái)啟動(dòng)規(guī)則通道組轉(zhuǎn)換。
??2.如果在規(guī)則通道組轉(zhuǎn)換期間出現(xiàn)外部注入觸發(fā)或者JSWSTART位置1，則當(dāng)前的轉(zhuǎn)換會(huì)復(fù)位，并且注入通道序列會(huì)切換為單次掃描模式。
??3.然后，規(guī)則通道組的規(guī)則轉(zhuǎn)換會(huì)從上次中斷的規(guī)則轉(zhuǎn)換處恢復(fù)。
??如果在注入轉(zhuǎn)換期間出現(xiàn)規(guī)則事件，注入轉(zhuǎn)換不會(huì)中斷，但在注入序列結(jié)束時(shí)會(huì)執(zhí)行規(guī)則序列。圖37 顯示了相應(yīng)的時(shí)序圖。
??注意:使用觸發(fā)注入時(shí)，必須確保觸發(fā)事件之間的間隔長(zhǎng)于注入序列。例如，如果序列長(zhǎng)度為30個(gè)ADC時(shí)鐘周期(即，采樣時(shí)間為3個(gè)時(shí)鐘周期的兩次轉(zhuǎn)換)，則觸發(fā)事件的最小間隔不能小于31個(gè)ADC時(shí)鐘周期。

●自動(dòng)注入(相當(dāng)于注入組的連續(xù)轉(zhuǎn)換，但必須跟在規(guī)則組的連續(xù)轉(zhuǎn)換之后轉(zhuǎn)換)
??如果將JAUTO位置1，則注入組中的通道會(huì)在規(guī)則組通道之后自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
??這可用于轉(zhuǎn)換最多由20個(gè)轉(zhuǎn)換構(gòu)成的序列，這些轉(zhuǎn)換在ADC_SQRx和 ADC_JSQR寄存器中編程。
??在此模式下，必須禁止注入通道上的外部觸發(fā)。如果CONT位和 JAUTO位均已置1，則在轉(zhuǎn)換規(guī)則通道之后會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)換注入通道。

;注意:不能同時(shí)使用自動(dòng)注入和不連續(xù)采樣模式。

(6）數(shù)據(jù)對(duì)齊

??ADC_CR2寄存器中的ALIGN位用于選擇轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的對(duì)齊方式?？蛇x擇左對(duì)齊或右對(duì)齊兩種方式，如圖38和圖39所示。
??注入通道組的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)將減去 ADC_JOFRx寄存器中寫入的用戶自定義偏移量，因此結(jié)果可以是一個(gè)負(fù)值。SEXT位表示擴(kuò)展的符號(hào)值。
??對(duì)于規(guī)則組中的通道，不會(huì)減去任何偏移量，因此只有十二個(gè)位有效。

(7）獨(dú)立通道的采樣時(shí)間設(shè)置

??ADC會(huì)在數(shù)個(gè)ADC_CLK周期內(nèi)對(duì)輸入電壓進(jìn)行采樣，可使用ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2寄存器中的SMP[2:0]位修改周期數(shù)。每個(gè)通道均可以使用不同的采樣時(shí)間進(jìn)行采樣。

總轉(zhuǎn)換時(shí)間的計(jì)算公式如下:
Tconv =采樣時(shí)間+12個(gè)周期
示例：若ADC_CLK = 30 MHz 且采樣時(shí)間=3個(gè)周期時(shí):
Tconv= 3 + 12= 15 個(gè)周期 =15/30 us =0.5 us

(8）快速轉(zhuǎn)換模式

??可通過(guò)降低ADC分辨率來(lái)執(zhí)行快速轉(zhuǎn)換。RES位用于選擇數(shù)據(jù)寄存器中可用的位數(shù)。每種分辨率的最小轉(zhuǎn)換時(shí)間如下:
12位：3＋12= 15 ADCCLK周期
10位：3+ 10= 13 ADCCLK周期
8位：3+8= 11 ADCCLK周期
6位：3+6= 9 ADCCLK周期
?

五、實(shí)驗(yàn)

1. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

通過(guò)ADC采集STM32內(nèi)部溫度傳感器。

2. 實(shí)驗(yàn)分析：

??溫度傳感器可用于測(cè)量器件的環(huán)境溫度。對(duì)于STM32F40x和 STM32F41x器件，溫度傳感器內(nèi)部連接到ADC1_IN16 通道，使用ADC1 將傳感器輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。
??不使用時(shí)可將傳感器置于掉電模式。
??注意:必須將TSVREFE位置1才能同時(shí)對(duì)兩個(gè)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC1_IN16或ADC1_IN18（溫度傳感器）和ADC1_IN17 (VREFINT)。

?

3. 溫度轉(zhuǎn)換公式:

假設(shè)現(xiàn)有采集到的AD值為adVal。按照公式：
0- 3.3V按照12bitADC進(jìn)行采樣==區(qū)間為0-4095 ，相當(dāng)于將3.3V分為4096份，每一個(gè)份的電壓值為3.3V /4096 =0.0008056640625 V。
VSENSE= adVal*3.3V/4096。

Tempture=( adVal * 3.3V / 4096 - 0.76 ) /2.5 +25。

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4. 軟件配置流程:

1. 打開ADC1時(shí)鐘。
2. 使能溫度傳感器通道。
3. 配置ADC分頻。
4. 配置好CR1、CR2。
5. 構(gòu)造規(guī)則組–轉(zhuǎn)換序列長(zhǎng)度1，序列順序16。
6. 設(shè)置ADC_IN16通道采樣時(shí)間。
7. 使能ADC。
8. 將CR2中的SWSTART位置1–開始轉(zhuǎn)換
9. 等待EOC完成標(biāo)志。
10. 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。
11. 失能ADC。
    ?

5. 代碼實(shí)現(xiàn):

void ADC1_IN16_Init (void)
{
	RCC->APB2ENR |=(0x1 <<8);//1.打開ADC1時(shí)鐘
	ADC->CCR |=(0x1 <<23);  //2.使能溫度傳感器通道
	ADC->CCR &=~(0x3 <<16);  //3.配置ADC分頻 
	ADC->CCR |= (0x1 <<16); //4分頻84Mhz /4=21Mhz 
	
 //4.配置好CR1、CR2
	ADC1->CR1 =0;//整體清零
	/*
	*12bit分辨率
	*禁止規(guī)則通道不連續(xù)采樣*禁止掃描模式
	*/
	ADC1->CR2 =0;//整體清零
	ADC1->CR2l=(0xl<<10);//每個(gè)規(guī)則通道轉(zhuǎn)換，將Eoc置一
	/*
	*禁止規(guī)則通道外部觸發(fā)
	*數(shù)據(jù)右對(duì)齊
	*單次轉(zhuǎn)換*/
	
//5.構(gòu)造規(guī)則組-轉(zhuǎn)換序列長(zhǎng)度1，序列順序16
	ADC1->SQR1 &=~ (0xF <<20);//規(guī)則序列長(zhǎng)度=1
	ADC1->SQR3 &=~ (0x1F <<0);
	ADC1->SQR3 |=(16<<0);//第一次轉(zhuǎn)換通道16
	ADC1->SMPR1 |=(0x7<<18);//6.設(shè)置ADc IN16通道采樣時(shí)間 480 + 12=23.4us
	
}

ul6 ADC1_ReadDate (void)
{
	ul6 adval;
	ADC1->CR2 |=(0x1 <<0);//7.使能ADC
	ADC1->CR2 |=(0x1<< 30); //8.將CR2中的SWSTAET位置1--開始轉(zhuǎn)換
	
	while( !(ADC1->SR &(0x1<<1)) );//9.等待EOC置1
	ADC1->SR &=~(0x1 <<1);//清除EOC標(biāo)志
	ad = ADC1->DR; //10.讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果
	ADC1->CR2 &= ~(0x1 <<0);//11.失能ADC
	
	return adval;
}


//-------------------------主函數(shù)main.c內(nèi)容
void main(void)
{
	u16 r_adval;
	float tempture;
	ADC1_IN16_Init();
	
	while(1)
	{
	  r_adval =ADC1_ReadDate();
	  tempture=(r_adval * 3.3 / 4096-0.76) /2.5 +25;
	  printf("tempture=%f\n",tempture);
	  delay_ms(500);
	}

}

到了這里，關(guān)于超詳細(xì)??！STM32-ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器-驅(qū)動(dòng)內(nèi)部溫度傳感器的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！