ADC簡介? Analog-Digital Converter 模擬-數字轉換器

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。

12位逐次逼近型ADC，1us轉換時間；輸入電壓范圍：0-3.3V，轉換結果范圍0-4095；18個輸入通道，可測量16個外部和2個內部信號源；規則組和注入組兩個轉換單元；模擬看門狗自動檢測輸入電壓范圍。

????????數字到模擬的橋梁：PWM或DAC。目前DAC的主要應用是在波形生成這些領域，比如信號發生器、音頻解碼芯片等。

ADC參數：分辨率、轉換速度。輸入電壓范圍。

? ? ? ? 16個外部信號就是GPIO口，可在引腳上直接測模擬信號即可。2個內部信號時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，基準電壓是不隨外部供電電壓變化而變化的。

????????規則組和注入組兩個轉換單元，是STM32ADC的增強功能。普通的AD轉換流程是，啟動一次轉換，讀一次值，然后再啟動，再讀值。STM32的ADC可以列一個組，一次性啟動一個組，連續轉換多個值，并且有兩個組，一個是用于常規使用的規則組，一個是用于突發事件的注入組。

????????ADC可以用模擬看門狗來自動執行，模擬看門狗可以檢測指定的某些通道，當AD值高于它設定的上閾值或者低于下閾值時，就會申請中斷可以在中斷函數里執行相應的操作。就不用不斷地手動讀值，再進行判斷了。

逐次逼近型ADC0809

????????逐次逼近型ADC0809的內部結構，了解這個結構對學習STM32的ADC幫助很大。在以前芯片集成功能不強的時候，需要外掛一個ADC芯片進行AD轉換。

????????左邊IN0-IN7，是8路輸入通道，通過通道選擇開關，選中一路，輸入到一點進行轉換。地址鎖存和譯碼是一個多路選擇開關的作用。輸入信號進入到比較器后，通過逐次逼近的方法來獲取電壓對應的編碼數據。

????????DAC內部使用加權電阻網絡來實現的轉換。如果DAC輸出的電壓比較大，就調小DAC數據，如果比較小，就增大DAC數據，直到DAC輸出的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。

????????電壓調節的過程是逐次逼近SAR來完成的，為了最快找到未知電壓的編碼，通常我們會使用二分法進行尋找，會發現128,64，32這些數據，正好是二進制每一位的位權，判斷過程就是二進制從高位到低位依次判斷是1還是0的過程。這就是逐次逼近型名字的由來。

EOC End Of Convert 轉換結束信號；

START 開始轉換，給一個輸入脈沖，開始轉換；

CLOCK 是ADC的時鐘，因為ADC內部是一步一步進行判斷的。 需要時鐘來推動這個過程；

VREF+和VREF-是DAC的參考電壓，參考電壓決定ADC的輸入范圍。通常低要求時，參考電壓的正極和VCC接到一起、參考電壓的負極和GND接在一起。

STM32的ADC

一般手冊里，每個外設的最前面都有一個整體的結構圖，這個結構圖是非常重要的，需要多花時間看看。

????????左邊IN0-IN15是ADC的16個GPIO外部輸入通道;VREFINT （V Reference Internal），內部參考電壓；溫度傳感器。總共18個通道，到一個模擬多路開關，指定我們想要選擇的通道。進入模數轉換器，執行逐次比較，將轉換結果放在數據寄存器里，用戶讀取寄存器獲取ADC轉換數值。

????????普通的ADC，多路開關一般只選中一個的。但是此ADC可以同時選中多個，而且在轉換時還分成了兩個組，規則通道組和注入通道組，其中規則組一次性最多選中16個通道，注入組最多可以選中4個通道。
舉個例子：就像是去餐廳點菜，普通的ADC是指定一個菜，老板給你做，然后做好了送給你，這里就是指定一個菜單，這個菜單最多可以填16個菜，直接把菜單寄給老板，老板就按照菜單的順序依次做好，一次性給你端上菜，這樣的話可以大大提高效率，這樣這個菜單就簡化成普通的模式了。那對于這個菜單也有兩種，一種規則組菜單，可以同時上16個菜，有個尷尬的地方，就是這個規則組只有一個數據寄存器，就是這個桌子比較小，最多只能放一個菜，如果要上16個菜，那不好意思，前15個菜都會被擠掉，只能得到第16個菜，所以對于規則組轉換來說，如果使用這個菜單的話，最好配合DMA來實現，DMA是一個數據轉運小幫手，它可以在每上一個菜之后，把這個菜挪到其他地方去，防止被覆蓋。

規則組雖然可以同時轉換16個通道，但是數據寄存器只能存一個結果，如果不想之前的結果被覆蓋，那在轉換之后，就要盡快把結果拿走。
注入組就比較高級了，相當于餐廳的VIP座，在這個座位上，一次性最多可以點4個菜，并且這里數據寄存器有4個，是可以同時上4個菜的，對于注入組而言，就不用擔心數據覆蓋的問題了，一般情況下，使用規則組就完全足夠了。如果要使用規則組的菜單，那就再配合DMA轉運數據，就不用擔心數據覆蓋的問題。

注入組的操作：涉及的不多，可以看手冊自行了解。
規則組的操作：先看模數轉換器外圍的一些線路，首先左下角是觸發轉換的部分，也就是ADC0809的START信號，開始轉換。
對于STM32的ADC，觸發ADC開始轉換的信號有兩種，一種是軟件觸發，就是在程序中手動調用一條代碼，就可以啟動轉換了；另一種是硬件觸發，就是這里的這些觸發源。上面是注入組的觸發源，下面是規則組的觸發源。這些觸發源主要是來自于定時器，，有定時器的各個通道，還有TRGO定時器主模式的輸出，定時器可以通向ADC、DAC這些外設，用于觸發轉換，因為ADC經常需要過一個固定時間段轉換一次，比如每隔1ms轉換一次。正常的思路就是用定時器，每隔1ms申請一次中斷，在中斷里手動開始一次轉換，這樣也是可以的。但是頻繁進中斷對我們的程序是由一定影響的。
比如有很多中斷都需要頻繁進入，那肯定會影響主程序的執行，并且不同中斷之間，由于優先級的不同，也會導致某些中斷不能及時得到響應。那我們ADC的轉換頻率就肯定會產生影響了，所以對于這種需要頻繁進中斷，并且在中斷里只完成了簡單工作的情況，一般都會有硬件的支持。
比如這里給TIM3定1ms的時間，并且把TIM3的更新事件選擇為TRGO輸出，然后在ADC這里，選擇開始觸發信號為TIM3的TRGO，這樣TIM3的更新事件就能通過硬件自動觸發ADC轉換了，整個過程不需要進中斷，節省了中斷資源。這就是這里定時器的觸發作用。
當然這里還可以選擇外部中斷引腳來觸發轉換，都可以在程序中配置。

ADCCLK是ADC的時鐘，相當于0809的CLOCK，用于驅動內部逐次比較的時鐘。ADC預分頻器來源于RCC。
DMA的請求：是用于觸發DMA進行數據轉運的，DMA章節再講。

兩個數據寄存器，是用于存放轉換結果的。
????????模擬看門狗，里面可以存一個閾值高限和閾值低限，如果啟動了模擬看門狗，并指定了看門的通道，那這個看門狗就會關注它看門的通道，一旦超過這個閾值范圍了，它就會亂叫，就會在上面，申請一個模擬看門狗的中斷，最后通向NVIC。

????????然后對于規則組和注入組而言，它們轉換完成之后，也會有一個EOC規則組轉換完成的信號，JEOC是注入組完成的信號，這兩個信號會在狀態寄存器里置一個標志位，我們讀取這個標志位，就能知道是不是轉換結束了，同時這兩個標志位也可以去NVIC，申請中斷，如果開啟了NVIC對應的通道，它們就會觸發中斷，。

ADC基本結構圖

左邊是輸出通道，16個GPIO口，外加兩個內部的通道，然后進入AD轉換器（有兩個組，一個規則組，一個注入組），規則組最多可以選中16個通道，注入組最多可以選擇4個通道，然后轉換的結果可以存放在AD數據寄存器里，其中規則組只有1個數據寄存器，注入組有4個，觸發控制提供了開始轉換這個START信號，觸發控制可以選擇軟件觸發和硬件觸發。硬件觸發主要是來自于定時器，當然也可以選擇外部中斷的引腳，右邊這里是來自于RCC的ADC時鐘CLOCK，ADC的逐次比較的過程就是由這個時鐘推動的。然后上面可以布置一個模擬看門狗用于監測轉換結果的范圍。

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上電的，這些就是STM32 ADC的內部結構了。

接下來是一些細節問題：

ADC12_IN0的意思是這個引腳是ADC1和ADC2的IN0都是在PA0上的。
ADC的一個高級功能：雙ADC模式，這個模式比較復雜，暫時簡單了解，不需要掌握。
雙ADC模式就是ADC1和ADC2一起工作，它倆可以配合組成同步模式、交叉模式等等模式，比如交叉模式：ADC1和ADC2交叉地對一個通道進行采樣，就可以進一步提高采樣率。當然ADC1和ADC2可以分開使用。可以分別對不同的引腳進行采樣。

規則組的4種轉換模式：

在ADC初始化的結構體里，會有兩個參數：一個是選擇單次轉換還是連續轉換的，另一個是選擇非掃描模式還是掃描模式，這兩個參數組合起來，就有4種轉換方式。

單次轉換，每觸發一次，轉換結束后，就會停下來，下次轉換得再觸發才能開始。

連續轉換：一次轉換完成后，立刻開始下一次的轉換。

非掃描模式：所以菜單列表就只用第一個。

掃描模式：一次可以轉換多個序列，但需要使用DMA進行數據轉運。

單次轉換-非掃描模式：

? ? ? ? 最簡單的一種模式。序列是規則組里的菜單，有16個空位，分別是序列1到序列16。可以寫入要轉換的通道，在非掃描的模式下，只有序列1的位置有效。在序列1的位置指定我們想轉換的通道，比如通道2，寫到這個位置，然后以觸發轉換，ADC就會對這個通道2進行模數轉換。轉換結果放在數據寄存器里，同時給EOC標志位置1。我們判斷這個EOC標志位，如果轉換完了，如果想再啟動一次轉換，那就需要再觸發一次，轉換結束，置EOC標志位，讀結果。
????????如果想換一個通道轉換，那在轉換之前，把第一個位置的通道2改成其他通道，然后再啟動轉換，這樣就行了。

連續轉換-非掃描模式

???????與單次轉換不同的是，它在一次轉換結束后不會停止，而是立刻開始下一輪的轉換。好處：開始轉換之后不需要等待一段時間的，因為它一直在轉換，所以就不需要手動，也不用判斷是否結束，想要讀AD值的時候，直接從數據寄存器取就可以了。

單次轉換-掃描模式

????????
????????掃描模式就用到這個菜單列表了，可以在這個菜單里點菜，比如第一個菜是通道2，第二個菜是通道5，等等，這里每個位置是通道幾可以任意指定，并且也是可以重復的。然后初始化結構體有個參數，就是通道數目，因為這16個通道可以不用完，只用前幾個，那就需要再給他一個通道數目的參數。告訴它，我有幾個通道，比如這里指定通道數目為7，那它就只看前7個位置，然后每次觸發之后，它就一次對這前7個位置進行AD轉換，轉換結構都放在數據寄存器里，這里為了防止數據被覆蓋，就需要用DMA及時將數據挪走，那7個通道轉換完成之后，產生EOC信號，轉換結束，然后再觸發下一次，就開始新一輪的轉換。

連續轉換-掃描模式

????????當然在掃描模式的情況下，還可以有一種模式，叫間斷模式，它的作用是，在掃描的過程中，每隔幾個轉換，就暫停一次。需要再次觸發，才能繼續，這個模式沒有列出來，不然要列出來的太多了。

觸發控制

????????這個表是規則組的觸發源：有來自引腳或定時器的信號，具體是引腳還是定時器，需要用AFIO重映射來確定。軟件控制位也就是我們之前說的軟件觸發。這些觸發信號怎么選擇，可以通過設置右邊的寄存器來完成，當然使用庫函數的話，直接給一個參數就行了。這就是觸發控制。

數據對齊

????????ADC是12位的，它的轉換結果是一個12位的數據，但寄存器是16位的，所以就存在一個數據對齊的問題。12位的數據向右靠，高位多出來幾位補0；12位的數據向左靠，低位多出來的幾位補0。

????????一般使用右對齊：在讀取16位寄存器直接就是轉換結果。

? ? ? ? 左對齊用途：如果你不需要高分辨率，覺得0-4095太大了，就做個簡單的判斷，可以選擇左對齊，把數據的高8位取出來，舍棄后4位的精度。當然也可以把12位都取出來。

轉換時間

AD轉換的步驟：采樣、保持、量化、編碼

STM32ADC的總采樣時間：Tconv=采樣時間+12.5個ADC周期

例如：當ADCCLK=14MHz,采樣時間位1.5個ADC周期，Tconv=1.5+12.5=14個ADC周期=1us

一般不敏感，因為一般AD轉換都很快，如果不需要非常高速的轉換頻率，那轉換時間就可以忽略了，AD轉換需要一小段時間，就像廚子做菜一樣，也需要等待一會才能上菜的。
采樣保持可以放在一起，量化編碼可以放在一起，總共是這兩大步。量化編碼就是之前講的ADC逐次比較的過程。這個需要花一段時間，一般位數越多，花的時間就越長。
采樣保持是因為 AD轉換后面的量化編碼，是需要一小段時間的，如果在這一小段時間里，輸入電壓還在不斷變化，那就沒法定位輸入電壓到底在哪里了，所以在量化編碼之前，需要設置一個采樣開關，比如可以用一個小容量的電容存儲一下這個電壓，存儲好了之后，斷開采樣開關，在進行后面的AD轉換。這樣在量化編碼的過程中，電壓始終保持不變，這就是采樣保持電路。
那采樣保持的過程，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，那回到這里這里，我們就得到了第二條。
采樣時間就是采樣保持花費的時間，這個可以在程序中進行配置，采樣時間越大，越能避免一些毛刺信號的干擾，不過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，因為是12位的ADC，所以需要花費12個周期，這里多了半個周期，可能是做其他一些東西畫的時間。ADC周期就是從RCC分頻過來的ADCCLK，這個ADCCLK最大是14MHz，所以下面有個例子，這里就是最快的轉換時間。

如果采樣周期再長些，它就達不到1us了，另外也可以把ADCCLK的時鐘設置超過14MHz，這樣就是在超頻了，那轉換時間可以比1us還短，不過這樣穩定性就沒辦法保證了

聽起來很復雜，但是這個校準我們暫時不需要理解，因為校準過程是固定的，我們只需要在ADC初始化最后，加幾條代碼就行了，至于怎么計算，怎么校準的，我們不需要管，所以了解一下就行了

ADC的外圍電路
第一個是電位器產生一個可調的電壓，電阻阻值不能給的太小，
第二個是傳感器輸出電壓的電路，一般來說，像光敏電阻，熱敏電阻，紅外接收管，麥克風等等，都可以等效為一個可變電阻，所以這里就可以通過和一個固定電阻串聯分壓，這個福鼎電阻一般可以選擇和傳感器阻值相近的電阻。這樣可以得到一個位于中間電壓區域比較好的輸出。
第三個是電壓轉換電路，使用電阻進行分壓，但是如果是高電壓采集最好使用一些專用的采集芯片，比如隔離放大器等等，做好高低電壓的隔離，保證電路的安全

手冊介紹：
見參考手冊。

代碼步驟：
1.開啟RCC時鐘，包括ADC和GPIO的時鐘，另外ADCCLK的分頻器，也需要配置一下
2.配置GPIO，把需要用到的GPIO配置成模擬輸入的模式
3.配置多路開關，把左邊的通道接入到右邊的規則組列表里，這個過程就是我們之前說的點菜，把各個通道的菜，列在菜單里
4.配置ADC轉換器，在庫函數里，是用結構體來配置的，可以配置這一大塊電路的參數。包括ADC是單次轉換還是連續轉換、掃描還是非掃描、有幾個通道、觸發源是什么、數據對齊是左對齊還是右對齊，這一大批參數，用一個結構體配置就可以了，如果需要模擬看門狗，那會有幾個函數用來配置閾值和監測通道的，那就在中斷輸出控制里ITConfig函數開啟對應的中斷輸出，然后再在NVIC里，配置一下優先級，這樣就能觸發中斷了。不過這一塊模擬看門狗和中斷，本節暫時不用。
開關控制，調用一下ADC_Cmd函數，開啟ADC，這樣ADC就配置完成了，就能正常工作了，當然在開啟ADC之后，根據手冊里的建議，還可以對ADC進行一下校準，這樣可以減小誤差，那在ADC工作的時候，如果想要軟件觸發轉換，那會有函數可以觸發，如果想讀取轉換結果，那也會有函數可以讀取結果
配置程序的大致思路。

void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2);
配置ADCCLK分頻器的，它可以對應APB2的72MHz時鐘選擇2、4、6、8分頻，輸入到ADCCLK

DeInit恢復缺省設置、Init初始化、StructInit結構體初始化
ADC_Cmd是用于給ADC上電的，
DMACmd是用于開啟DMA輸出信號的
ITConfig中斷輸出控制，用于控制某個中斷，能不能通往NVIC
ADC_ResetCalibration 復位校準
ADC_GetResetCalibrationStatus 獲取復位狀態
ADC_StartCalibration 開始校準
ADC_GetCalibrationStatus 獲取開始校準狀態
在ADC初始化完成之后，依次調用就行了。
然后繼續，ADC軟件開始控制轉換，就是這個用于軟件觸發的函數了 ADC_SoftwareStartConvCmd
ADC獲取軟件開始轉換狀態 ADC_GetSoftwareStartConvStatus
從名字上來看，這個函數好像是判斷是不是正在進行的，那我們可不可以調用這個函數，來判斷轉換是否已經結束呢，這個可以分析一下源碼，源碼分析可得這個函數的返回值跟轉換是否結束，毫無關系

ADC_GetFlagStatus 獲取標志位狀態，知道轉換是否結束，然后參數給EOC的標志位，判斷EOC標志位是不是置1了，如果轉換結束，EOC標志位置1，然后調用這個函數，判斷這個標志位，這樣才是正確的判斷轉換是否結束的方法。
所以簡單倆說， ADC_GetSoftwareStartConvStatus這個函數其實沒啥用，我們一般不用，不要被他誤導了

下面兩個函數是用來配置間斷模式的
ADC_DiscModeChannelCountConfig 是每隔幾個通道間斷一次，
ADC_DiscModeCmd 是不是啟用間斷模式，需要間斷模式的話可以理解一下，

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime); ADC_規則組通道配置，這個函數比較重要，它的作用是給序列的每個位置填寫指定的通道，就是填寫點菜菜單的過程，第一個參數ADCx，第二個ADC_Channel，就是想要指定的通道，第三個Rank，就是序列幾的位置，第四個SampleTime指定通道的采樣時間

ADC_ExternalTrigConvCmd 外部觸發控制轉換，就是是否允許外部觸發轉換，
ADC_GetConversionValue 是ADC獲取轉換值，這個函數也比較重要，獲取AD轉換的數據寄存器，讀取轉換結果就要使用這個函數
ADC_GetDualModeConversionValue ADC獲取雙模式轉換值，這個是雙ADC模式讀取轉換結果的函數

以上函數就是對ADC的一些基本功能和規則組的配置，

接下來的一大批函數里面都帶了一個Injected，就是注入組的意思，所以一大批函數都是對ADC注入組進行配置的，注入組暫時不多講，

這三個函數就是對模擬看門狗進行配置的，第二個是配置高低閾值、第三個是配置看門的通道、之后ADC溫度傳感器、內部參考電壓控制、如果要用到這兩個通道，那得調用這個函數，開啟一下，要不然是讀不到正確的結果，這個要注意一下。

最后四個，獲取標志位狀態，清除標志位，獲取終端狀態，清除終端掛起位。常用函數，不多說。

EOC看手冊得知，是規則或注入。這一點需要看參考手冊進行筆記的修改。

如果想要用掃描模式實現多通道，最好要配合DMA來實現，

可能會問：一個通道轉換完成之后，手動把數據轉運出來，不就行了，為啥非要用DMA來轉運呢，這個方案看似簡單，實際操作起來會有一些問題，第一個就是在掃描模式下，你啟動列表之后，它里面每一個單獨的通道轉換完成之后，不會產生任何的標志位，也不會觸發中斷，你不知道某一個通道是不是轉換完了，它只有在整個列表都轉換完成之后，才會產生一次EOC標志位，才能觸發中斷，而這時，前面的數據就已經覆蓋丟失了。
第二個問題：AD轉換是非常快的，通過計算轉換一個通道大概只有幾us，也就是說，如果你不能在幾us的時間內把數據轉運走，那數據就會丟失，這對于我們程序手動轉運數據，要求就比較高，所以在掃描模式下，手動轉運數據是比較困難的。
不過比較困難也不是說手動轉運不可行，在掃描的時候，每轉換一個通道就暫停一次，等我們手動把數據轉運走之后，再繼續觸發，繼續下一次轉換，這樣可以實現手動轉運數據的功能，但是由于單個通道轉換完成之后，沒有標志位，所以啟動轉換之后，只能通過Delay延時的方法，才能保證轉換完成，這種方式既不能讓我們省心，也不能提高效率。所以暫不推薦使用

實現多通道一個簡單的方法：可以使用單次轉換、非掃描的模式。只需要在每次觸發轉換之前，手動更改一下列表第一個位置的通道就行了，比如第一次轉換，先寫入通道0，之后觸發、等待、讀值；第二次轉換，再先把通道0改成通道1，之后觸發、等待、讀值。第三次轉換，再先改成通道2，等等，在轉換前，先指定一下通道，再啟動轉換。就可以輕松地實現多通道轉換的功能了。