STM32筆記-AD模數轉換

一、ADC介紹

二、ADC主要特征

三、ADC框圖

? ? 1. ?????外部觸發轉換??

? ? ?2. 轉換模式

? ? ?3. 輸入通道

? ? ? ? ? ? ? 4.? 邏輯框圖

?四、校準

五、數據對齊

六、AD轉換步驟

七、AD_Init(單通道AD轉換)初始化函數配置

DMA:?

adc_dma_mode_enable(ADC0);

????????這段代碼是用來使能ADC的DMA（Direct Memory Access）模式。DMA模式允許ADC在轉換完成后，將轉換結果直接傳輸到內存中，而不需要CPU的干預。這對于高速數據傳輸和數據處理來說是很有用的，因為可以減輕CPU的負擔，提高系統效率。

????????在這個特定的代碼中，因為希望通過DMA方式將ADC的轉換結果傳輸到內存，以便后續的數據處理或存儲。DMA模式的使用通常涉及到DMA配置的詳細設置，包括目標地址、數據長度等，這些設置在其他部分的代碼中進行。

一、ADC介紹

? ? ? ? 1. 12位ADC是一種逐次逼近型模擬數字轉換器。它有多達18個通道，可測量16個外部和2個內部信號源。

? ? ? ?rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC0);開啟時鐘

? ? ? ? 2. ADC的輸入時鐘不得超過14MHz，它是由PCLK2經分頻產生的。

所以在初始化函數中往往先進行?rcu_adc_clock_config(RCU_CKADC_CKAHB_DIV10);

這句話的意思就是進行10分頻（這個是在GD32A503x中，不同的芯片有所不同）。

#define RCU_CKADC_CKAHB_DIV10 ? ? ? ? ? CFG2_ADCPSC(8) ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? /*!< ADC prescaler select CK_AHB/10 */在GD32中時鐘由AHB分配。

所以底層函數中：

??rcu_adc_clock_config(RCU_CKADC_CKAHB_DIV10);為10MHz

void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2)
/*RCC_PCLK2: defines the ADC clock divider. This clock is derived from the APB2 clock (PCLK2).*/
//eg:
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//選擇時鐘6分頻，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz

????????但是需要注意的是，如下圖，ADCCLK最大14MHz。

?初始化IO口：（可封裝在函數中）

gpio_mode_set(GPIOC, GPIO_MODE_ANALOG,GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11);
gpio_mode_set(GPIOE, GPIO_MODE_ANALOG,GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11| GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14);
gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_ANALOG,GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_1);

//模擬輸入模式GPIO_MODE_ANALOG

????????這部分代碼配置了三組GPIO口（分別是GPIOC和GPIOE和GPIOB），將它們設置為模擬輸入模式，同時禁用了上拉和下拉電阻。這是因為ADC通道需要連接到模擬信號，而不需要上拉或下拉電阻對這些信號產生影響。

二、ADC主要特征

????????1. ADC可以將引腳上連續變化的模擬電壓轉換為內存中存儲的數字變量，建立模擬電路到數字電路的橋梁
????????2. 12位逐次逼近型ADC，1us轉換時間
????????3. 輸入電壓范圍：0~3.3V，轉換結果范圍：0~4095
????????4. 18個輸入通道，可測量16個外部和2個內部信號源
????????5. 規則組和注入組兩個轉換單元
????????6. 模擬看門狗自動監測輸入電壓范圍

三、ADC框圖

GD32的圖和STM32:?

? ? 1. ?????外部觸發轉換?? ? ? 2. 轉換模式

????????單次轉換模式下，ADC只執行一次轉換。該模式既可通過設置ADC_CR2寄存器的ADON位(只適用于規則通道)啟動也可通過外部觸發啟動(適用于規則通道或注入通道)，這時CONT位為0。一旦選擇通道的轉換完成。

????????在連續轉換模式中，當前面ADC轉換一結束馬上就啟動另一次轉換。此模式可通過外部觸發啟動或通過設置ADC_CR2寄存器上的ADON位啟動，此時CONT位是1。

? ? ? ? 總的來說就是：單次模式、連續模式：ADC單通道要求進行一次ADC轉換時配置為單次模式使能，這樣ADC的這個通道轉換一次后就停止轉換。要求進行連續ADC轉換時配置為連續模式使能，這樣ADC的這個通道轉換一次后接著進行下一次。?掃描模式：對應多個ADC通道的情況，每個通道依次進行轉換。

? ? ? 3. 輸入通道(觀察手冊)

通道	ADC1	ADC2	ADC3
通道0	PA0	PA0	PA0
通道1	PA1	PA1	PA1
通道2	PA2	PA2	PA2
通道3	PA3	PA3	PA3
通道4	PA4	PA4	PF6
通道5	PA5	PA5	PF7
通道6	PA6	PA6	PF8
通道7	PA7	PA7	PF9
通道8	PB0	PB0	PF10
通道9	PB1	PB1
通道10	PC0	PC0	PC0
通道11	PC1	PC1	PC1
通道12	PC2	PC2	PC2
通道13	PC3	PC3	PC3
通道14	PC4	PC4
通道15	PC5	PC5
通道16	溫度傳感器
通道17	內部參考電壓

? ? ?4.? 邏輯框圖

???????????規則組最多轉換16通道，注入組最多轉換4通道，但是規則通道為“一次可以點16個菜，但是一次只能上一個菜”，因為規則通道的數據寄存器僅僅為16位，而注入通道為“一次可以點4個菜，但一次可以最多上4個菜”。

?ADC初始化配置：

1. 配置模式：//獨立模式adc_mode_config(ADC_MODE_FREE);

2. 對齊方式

?? ?//右對齊
?? ?adc_data_alignment_config(ADC0,ADC_DATAALIGN_RIGHT);

數據對齊的方式：左對齊、右對齊等方式。對于右對齊方式，ADC轉換結果的低位存儲在寄存器的低地址處，而高位則存儲在寄存器的高地址處。

ADC數據對齊方式指定了ADC轉換結果在寄存器中的存儲方式。對于右對齊方式，ADC轉換結果的低位存儲在寄存器的低地址處，而高位則存儲在寄存器的高地址處。這種對齊方式是一種常見的選擇，便于處理和理解。對齊方式的選擇可能與使用的數據類型和后續的數據處理有關。一般而言，如果你希望ADC轉換結果的低位直接對應于采樣的最低位，方便直接使用整數數據類型處理，那么右對齊方式是一個合適的選擇。對于上述代碼片段中的 adc_data_alignment_config(ADC0, ADC_DATAALIGN_RIGHT);，它是為 ADC0 配置右對齊方式。這樣設置可以確保 ADC 轉換結果按照右對齊方式存儲，使得數據處理更為方便。

3. 開啟連續模式和掃描模式

?adc_special_function_config(ADC0,ADC_CONTINUOUS_MODE,ENABLE);
?adc_special_function_config(ADC0,ADC_SCAN_MODE,ENABLE);

連續模式（Continuous Mode）：在連續模式下，ADC會不停地進行模擬信號的轉換，而不需要外部觸發。這種模式適用于需要實時、連續采樣的應用，比如實時監測、數據采集等。
連續模式允許ADC持續地對設置的正常通道序列進行轉換，無需每次都手動觸發。這對于周期性的數據采集或需要持續監測的應用非常有用。掃描模式（Scan Mode）：在掃描模式下，ADC會按照預先配置的正常通道順序依次進行轉換。每次轉換完成后，ADC會自動切換到下一個正常通道，直到所有通道都被轉換完成。
掃描模式適用于多通道的采樣需求。通過在代碼中配置正常通道序列，可以按照特定的順序對多個信號進行采樣，而不需要手動切換通道。

4. 規則通道個數

?adc_channel_length_config(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL,ADC_CHNL_NUM);

adc_channel_length_config 函數用于設置 ADC 的正常通道組中的通道個數，其中：ADC0 是指定的 ADC 外設。
ADC_REGULAR_CHANNEL 表示正常通道組。
ADC_CHNL_NUM 是要配置的通道個數。
在嵌入式系統中，ADC 通道組是按照一定的規律或順序進行采樣的。通常，正常通道組用于按照預定順序對一組通道進行采樣。通過設置通道個數，你可以指定在一次轉換中，ADC 將采樣多少個通道。在這里，ADC_CHNL_NUM 的值決定了正常通道組中的通道個數。

?? ? ? 但是規則組最多轉換16通道，注入組最多轉換4通道，但是規則通道為“一次可以點16個菜，但是一次只能上一個菜”，因為規則通道的數據寄存器僅僅為16位，而注入通道為“一次可以點4個菜，但一次可以最多上4個菜”。

所以緊接著需要進行轉換順序的配置：

adc_regular_channel_config(ADC0,0,ADC_CHANNEL_12,ADC_SAMPLETIME_479POINT5);

為什么需要進行這一系列操作了，是因為：?

????????總的來說，模擬量是連續的、實數值形式的信號，而數字量是對模擬信號進行采樣和量化后的離散數值信號。在監測落肥的應用中，傳感器可能輸出模擬信號，而ADC負責將這些模擬信號轉換為微控制器或處理器能夠理解的數字信號，以便進行后續的處理和分析。


在監測落肥的場景中，涉及到的是模擬量和數字量的概念。下面對這兩者進行簡單的解釋：模擬量（Analog Signal）：模擬量是指在一定時間內，信號的數值可以連續取任意值的信號。在農業領域，例如監測落肥量，模擬量可以是液體流量、氣體壓力等。這些信號的數值可以是任何在一定范圍內的實數值，而不是離散的數值。
在這個場景中，模擬量可能對應于精確的落肥液流量或其他液體特性，這些物理量通過傳感器測量并以模擬形式呈現。
數字量（Digital Signal）：數字量是指信號的數值以離散的形式表示。通常，模擬信號需要通過模數轉換（ADC）轉換為數字信號，以便在數字系統中進行處理和存儲。
在監測落肥量的場景中，通過ADC轉換后，得到的數字量可能是一個表示液體流量、壓力等的數字值。數字化后的信號可以在數字系統中進行處理、存儲、傳輸和顯示。

?四、校準

????????ADC有一個內置自校準模式。校準可大幅減小因內部電容器組的變化而造成的準精度誤差。在校準期間，在每個電容器上都會計算出一個誤差修正碼(數字值)，這個碼用于消除在隨后的轉換中每個電容器上產生的誤差。特別需要注意：建議在每次上電后執行一次校準。簡單說，這就是個固定流程，stm32要求這么處理：

// ADC 復位校準
adc_calibration_enable(ADC0);
????????這行代碼通過調用 adc_calibration_enable 函數啟用了 ADC 的復位校準。ADC 校準是在初始化過程中的一項重要步驟，它有助于提高 ADC 轉換的準確性。校準通常在 ADC 啟動之后進行，確保 ADC 能夠對模擬輸入進行準確的數字化轉換。

????????需要注意的是，這個校準步驟只執行一次，通常在初始化時進行。在代碼中，你可以看到在啟用 ADC 之后等待了一段時間：這是為了等待 ADC 穩定，確保校準在 ADC 開啟后充分生效。

adc_enable(ADC0);
delay_xms(1);
adc_calibration_enable(ADC0);

? ? 示例代碼如下：

    ADC_ResetCalibration(ADC1);				//固定流程，內部有電路會自動執行校準while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);ADC_StartCalibration(ADC1);while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

五、數據對齊

? ? ? ? 左對齊與右對齊

六、AD轉換步驟

? ? ? ? 采樣、保持、量化、編碼

? ? ? ? ADC總轉換時間：TCONV = 采樣時間+ 12.5個周期

????????例如：當ADCCLK=14MHz，采樣時間為1.5周期 TCONV = 1.5 + 12.5 = 14周期 = 1μs

? ? ? ? 為什么需要保持？

? ? ? ??因為AD轉換中量化、編碼需要一定的轉換時間，在這個時間內輸入電壓如果還在不斷變化，那么就無法定位電壓，所以往往在量化編碼前引入采樣開關，比如通過加入一個小的電容來存儲電壓。

最后就是使能ADC，這樣就初始化完成了：

//使能軟件觸發ADC 轉換?adc_software_trigger_enable(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL);

這樣，ADC 就可以按照預定的通道順序執行正常通道的連續掃描轉換

七、AD_Init(單通道AD轉換)初始化函數配置

????????1.使能外設時鐘：開啟ADC1的時鐘、開啟GPIO的時鐘

? ? ? ? 2.設置ADC的時鐘，選擇時鐘分頻

    /*開啟時鐘*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);	//開啟ADC1的時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//開啟GPIOA的時鐘/*設置ADC時鐘*/RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

? ? ? ? 3.規則組通道配置????????

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

? ? ? ? 4.GPIO初始化、ADC初始化配置：

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

/*ADC初始化*/ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;						//定義結構體變量ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//模式，選擇獨立模式，即單獨使用ADC1ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//數據對齊，選擇右對齊ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//外部觸發，使用軟件觸發，不需要外部觸發ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;		//連續轉換，失能，每轉換一次規則組序列后停止ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;			//掃描模式，失能，只轉換規則組的序列1這一個位置ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					//通道數，為1，僅在掃描模式下，才需要指定大于1的數，在非掃描模式下，只能是1ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);						//將結構體變量交給ADC_Init，配置ADC1

? ? ? ? 5.ADC使能

? ? ? ? 6.ADC校準

    /*ADC使能*/ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//使能ADC1，ADC開始運行/*ADC校準*///先將ADC1校準功能恢復到默認值，然后再初始化ADC1。ADC_ResetCalibration(ADC1);								//固定流程，內部有電路會自動執行校準while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);ADC_StartCalibration(ADC1);while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

????????AD多通道轉換只需修改通道配置即可：

? ? ? ? EOC:轉換結束位，該位由硬件在規則或者注入通道組轉換結束時置1，由軟件清除或者讀取數據寄存器后自動清除，那么等待EOC標志位置1即等待AD轉換完成。

/*** 函    數：獲取AD轉換的值* 參    數：ADC_Channel 指定AD轉換的通道，范圍：ADC_Channel_x，其中x可以是0/1/2/3* 返 回 值：AD轉換的值，范圍：0~4095*/
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);	//在每次轉換前，根據函數形參靈活更改規則組的通道1ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);					//軟件觸發AD轉換一次while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待EOC標志位，即等待AD轉換結束return ADC_GetConversionValue(ADC1);					//讀數據寄存器，得到AD轉換的結果
}