【STM32】ADC模數轉換器

1?ADC簡介

ADC（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

STM32是數字電路，只有高低電平，沒有幾V電壓的概念，想讀取電壓值，就需要借助ADC模數轉換器了。DAC則是相反的功能。

12位逐次逼近型ADC，1us轉換時間

分辨率：一般用多少位來表示，0?~ 2 ^ 12 - 1（量化結果0~4095）
轉換時間：也是轉換頻率，從轉換開始到產生結果需要花1us時間，即轉換頻率是1MHz

輸入電壓范圍：0~3.3V，轉換結果范圍：0~4095

線性對應

18個輸入通道，可測量16個外部和2個內部信號源

16個GPIO口、內部溫度傳感器（測量CPU的溫度）和內部參考電壓（1.2V的基準電壓）

規則組和注入組兩個轉換單元

模擬看門狗自動監測輸入電壓范圍

STM32F103C8T6 ADC資源：ADC1、ADC2，10個外部輸入通道

1.1?逐次逼近型ADC

ADC0809的內部結構圖，獨立的8位逐次逼近型ADC芯片。

左邊是8路輸入通道，通過通道選擇開關，選中一路，輸入到比較器前進行轉換；下面是地址鎖存和譯碼（想選中哪個通道，就把通道號放在這三個引腳上，再給一個鎖存信號，上面對應的通路開關就可以自動撥好了，相當于38譯碼器）

比較器有兩個輸入端，一個是待測電壓，另一個是DAC（數模轉換器）的電壓輸出端；如果DAC輸出的電壓比較大，就調小DAC數據；如果DAC輸出的電壓比較小，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了，這就是DAC的實現原理。一般使用二分法調節。

1.2?ADC框圖

具體的

有溫度傳感器、內部參考電壓，總共18個輸入通道，接到模擬多路開關，其輸出接到模數轉換器，即逐次比較，轉換結果放在數據寄存器里。

普通的的流程是：多路開關選中某一個通道，開始轉換，等待轉換完成，取出結果。

這里比較高級，可以同時選中多個，而且在轉換的時候，還分成了兩個組，規則通道組和注入通道組，其中規則組可以一次性最多選擇16個通道，注入組一次最多選擇4個通道。規則組的數據寄存器只能存儲一個結果，如果不想之前的結果被覆蓋，那在轉換完成之后，要盡快把結果拿走（使用DMA轉運數據）；注入組可以存4個結果，不用擔心數據覆蓋。

左下角是觸發轉換部分，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，程序中調用一條代碼；另一種是硬件觸發，就是這些觸發源。上面是注入組觸發源，下面是規則組觸發源。這些觸發源主要來自定時器，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的時間段轉換一次，正常的思路是：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；但是頻繁進中斷對程序是有影響的，所以對這種需要頻繁進中斷，并且在中斷里只完成簡單的工作的情況，一般都會有硬件的支持。還可以選擇外部中斷引腳來觸發轉換。

VREF+、VREF-是ADC的參考電壓，決定了ADC的輸入電壓范圍，VDDA、VSSA是ADC的供電引腳，一般情況下VREF+接VDDA，VREF-接VSSA。

右邊這里是ADCCLK是ADC的時鐘，是用于驅動內部逐次比較的時鐘，這個時鐘來自ADC的預分頻器，而ADC預分頻器來自RCC的。

模擬看門狗里面可以存儲閾值高限和閾值底限，如果指定了模擬看門狗，并且指定了看門的通道，越限之后，它就會亂叫，在上面申請一個模擬看門狗中斷，最后通向NVIC。

對于規則組和注入組，轉換完成之后，也會有一個EOC轉換完成的信號，EOC是規則組的完成信號，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，讀取這個標志位就可以知道是不是轉換完成了；同時這兩個標志位也可以去到NVIC，申請中斷，如果開啟了NVIC對應的通道，它們就會觸發中斷。

1.3?ADC基本結構

左邊是輸入通道，16個GPIO口外加兩個內部通道，然后進入AD轉換器。AD轉換器里有兩個組，一個是規則組，一個是注入組，規則組最多選擇16個通道，注入組最多選擇4個通道，然后轉換的結果存在AD數據寄存器里，其中規則組只有一個數據寄存器，而注入組有4個數據寄存器。下面有觸發控制，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定時器，當然也可以選擇外部中斷的引腳；右邊是來自RCC的ADC時鐘CLOCK，ADC逐次比較的功能就是這個時鐘推動的。然后上面可以布置一個模擬看門狗用于檢測轉換結果的范圍，如果超出設定的閾值，就通過中斷輸出控制，向NVIC申請中斷。另外規則組和注入組完成之后會有個EOC信號，它會置一個標志位，當然也可以通向NVIC。右下角有個開關控制，在庫函數中就是ADC_Cmd，用于給ADC上電的。

1.4?輸入通道

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

ADC通道和引腳復用的關系。

ADC12_IN0的意思是ADC1和ADC2的IN0都是在PA0上的。以此類推。雙ADC模式。

1.5?規則組的轉換模式

在ADC初始化中會有兩個參數，一個是選擇單次轉換還是連續轉換；另一個是掃描模式還是非掃描

1.5.1?單次轉換，非掃描模式

這個列表就是規則組里面的菜單，有16個空位。可以在這里寫入要轉換的通道，比如通道2，在非掃描的模式下，這個菜單就只有第一個序列1的位置有效。這時菜單同時選中一組的方式就退化成簡單地選中一個的方式了，在這里可以在序列1的位置指定想轉換的通道，比如通道2，然后觸發轉換，ADC就會對通道2進行模數轉換，過一小段時間后，轉換完成，轉換結果放在數據寄存器里，同時給EOC標志位置1，整個轉換過程就結束了。判斷EOC標志位來確定轉換是否完成。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，那就在轉換之前把第一個位置的通道2改成其他通道，再啟動轉換就可以了。這就是單次轉換、非掃描的轉換模式。