目錄

一、ADC簡介

二、逐次逼近型ADC

三、ADC基本結構圖

四、規則組的四種轉換模式

五、轉換時間

---

對GPIO來說，它只能讀取引腳的高低電平，使用了ADC模數轉化器之后，就可以對高電平和低電平之間的任意電壓進行量化，最終用一個變量來表示，讀取這個變量，就能得到引腳輸入的具體電壓是多少了。

ADC模數轉化器就相當于一個電壓表，把引腳的電壓值測出來，放入一個變量中，這就是ADC的作用。

一、ADC簡介

模擬-數字轉換器簡稱ADC（Analog-Digital Converter），它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。

數字-模擬轉換器簡稱DAC，可以將數字變量轉化成模擬電壓，主要應用于波形生成（信號發生器、音頻解碼芯片）等。
PWM的功能與DAC相似，它只有完全導通和完全斷開兩種狀態，在這兩種狀態上都沒有功率損耗，所以在直流電機調速這種大功率的應用場景，使用PWM來等效模擬量，是比DAC更好的選擇，且PWM電路更簡單，而且更常用。

STM32中的ADC是12位逐次逼近型ADC，1us轉換時間。

ADC還有兩個關鍵參數，分別是分辨率和轉換時間（轉換頻率）。
分辨率就是用多少位來表示，這里12位，分辨率的表示范圍就是0~2^(12-1)，即量化結果的范圍是0~4095，位數越高，量化結果越精細，對應分辨率就越高。
AD轉換是需要一小段時間的，這里1us表示從AD轉換開始到產生結果，需要花費1us的時間，對應AD的轉換頻率是1MHz，這個就是STM32的最快轉換頻率。

輸入電壓范圍：0~3.3V，轉換結果范圍：0~4095
輸入電壓一般要求是在芯片供電的正極和負極之間變化，輸入0-3.3V，經過AD轉換后，就得到最小值0，最大值4095，中間也都是一一對應的線性關系。

ADC模數轉換器共有16個輸入通道，可測量16個外部和2個內部信號源。
16個外部信號源就是16個GPIO口，在引腳上直接接模擬信號就可以，不需要任何額外的電路，引腳就可以測量電壓值。
兩個內部信號源分別是內部溫度傳感器和內部參考電壓。
溫度傳感器可以測量CPU的溫度，內部參考電壓是一個1.2V左右的基準電壓，這個基準電壓不會隨外部供電變化而變化，如果芯片的供電不是標準的3.3V，測量外部引腳的電壓就會錯誤，這時就可以讀取基準電壓進行校準，就能得到正確的電壓值了。

STM32F103C8T6 ADC資源：ADC1、ADC2，10個外部輸入通道，兩個內部信號源溫度傳感器和內部參考電壓都在ADC1上。
ADC12_IN0的意思是ADC1和ADC2的IN0都在PA0引腳上。

二、逐次逼近型ADC

輸入部分：給地址鎖存和譯碼一個通道的地址，就能讓通道選擇開關，選擇其中一個通道打開。

比較部分：通過電壓比較器，它可以判斷兩個輸入信號電壓的大小關系，輸出一個高低電平，指示電壓誰大誰小。它的兩個輸入端，一個是外部通道輸入未知編碼的電壓，一個是DAC輸出已知編碼的電壓，它倆同時輸入到比較器，進行大小判斷。如果DAC輸出的電壓比較大，就調小DAC數據；如果DAC輸出電壓比較小，就調大DAC數據，直到DAC輸出電壓和外部通道輸入的電壓近似相等，這樣DAC輸入的數據就是外部電壓的編碼數據了，這個電壓調節的過程就是逐次逼近寄存器SAR來完成的。

為了最快找到未知電壓的編碼，通常是采用二分法來進行查找，比如8位的ADC，那編碼就是0~255，第一次輸入時，就給255的一半128進行比較，如果DAC大了，第二次比較就給128的一半64進行比較，以此類推。這些比較數據正好是二進制的每一位位權，這個判斷過程就相當于是從高位到低位依次判斷是1還是0的過程。

三、ADC基本結構圖

左邊是輸入通道，包括16個GPIO外部輸入通道和兩個內部通道。

進入AD轉換器后，里面有兩個組，分別是規則組和注入組，規則組最多可以同時選中16個通道進行比較，但是只能轉換輸出其中一個通道內的數據，因此規則組可以配合DMA數據轉運來使用，DMA可以轉運選中的其他多個通道內的數據，防止數據被覆蓋。
注入組最多可以同時選擇4個通道進行比較，也能同時輸出4個通道內的數據到AD數據寄存器。

觸發控制提供開始轉換信號，它有軟件觸發（調用函數）和硬件觸發（定時器和外部中斷）。

上面可以布置一個模擬看門狗，用于監測轉換結果的范圍，如果超出設定的閾值，就通過中斷輸出控制，向NVIC申請中斷。

規則組和注入組轉換完成后，會有一個EOC信號，它會置一個標志位，最終也可以向NVIC申請中斷。

最后右下角還有一個開關控制，在庫函數中就是ADC_Cmd函數，用于給ADC上電。

AD初始化步驟：
（1）開啟RCC時鐘，包括ADC和GPIO；
（2）ADC的時鐘，ADCCLK需要配置一下；
（3）配置GPIO，改成輸入模式；
（4）配置多路開關，把左邊通道接入到右邊的規則組列表中；
（5）配置ADC轉換器；
（6）調用ADC_Cmd函數，開啟ADC；
（7）對ADC進行校準，來減少誤差。

四、規則組的四種轉換模式

1、單次轉換，非掃描模式

上圖列表就是規則組里能選中的通道，在非掃描模式下，這個列表只有第一個序列1的位置有效，規則組同時選中一組（16個通道）就退化為簡單地選中一個地方式了，序列1的位置可以指定想要轉換的通道，觸發后，ADC就會對這個通道2進行模數轉換，過一小段時間后，轉換結果就會放在數據寄存器中，同時給EOC標志位置1。如果需要再轉換，就得再次觸發ADC進行模數轉換。

2、連續轉換，非掃描模式

它與上一種方式的不同之處在于，在一次轉換結束之后，它的轉換不會停止，而是立刻開始下一輪的轉換，一直持續下去。

3、單次轉換，掃描模式

這里也是單次轉換，因此再每次轉換后，都會停下來，需要觸發才能開始。
這個掃描模式可以同時選擇多個通道，通道數量也是可以指定的，觸發之后，它就會依照序列號，依次對通道進行AD轉換，轉換結果都放在數據寄存器了，為了防止數據被覆蓋，需要用DMA及時將數據挪走。7個通道轉換完成后，才會產生EOC標志位置1，轉換結束。然后需要轉換，得再次觸發ADC進行模數轉換。

4、連續轉換，掃描模式

這個模式功能跟上個模式一致，就是觸發一次就會自動一直觸發，會一直連續轉換。

在掃描模式得情況下，還有一種模式，叫間斷模式，它的作用是在掃描過程中，每隔幾個轉換，就暫停一次，需要再次觸發，才能繼續。

ADC1和ADC2的外部觸發方式，其中包括定時器觸發、外部引腳觸發和軟件觸發，選擇哪種觸發方式，通過控制最右邊寄存器可以選擇對應方式。

五、轉換時間

AD轉換的步驟包括采樣保持、量化編碼兩步。

采樣保持：在量化編碼前，需要設置一個采樣開關，打開采樣開關，收集外部電壓，比如可以用一個小容量的電容存儲這個電壓，存儲好了以后，斷開采樣開關，再進行后面的量化編碼，這樣在量化編碼期間，電壓就能夠始終保持不變，這樣才能精確地定位未知電壓的位置；
采樣保持的過程中，需要閉合采樣開關，過一段時間再斷開，這里就會產生一個采樣時間。

量化編碼：是ADC逐次比較（AD模數轉換）的過程，這個需要花一段時間，位數越多，花費的時間就越長。

STM32 ADC的總轉換時間為：T_CONV = 采樣時間 + 12.5個ADC周期
采樣時間就是采樣保持花費的時間，采樣時間越大，越能避免一些毛刺信號的干擾，轉換時間也會相應延長；
12.5個ADC周期是量化編碼花費的時間，ADC是12位的，因此需要花費12個周期，這里0.5個周期是一些其他事情花費的時間。

例如：當ADCCLK=14MHz，采樣時間為1.5個ADC周期。T_CONV = 1.5 + 12.5 = 14個ADC周期?
ADC周期就是從RCC分頻過來的ADCCLK，ADCCLK最大為14MHz。
轉換時間= N個ADC周期/ADCCLK = 14/14MHz = 1us