STM32標準庫-ADC數模轉換器

文章目錄

一、ADC
- 1.1簡介
- 1. 2逐次逼近型ADC
- 1.3ADC框圖
- 1.4ADC基本結構
- - 1.4.1 信號 “上車點”：輸入模塊（GPIO、溫度、V_REFINT）
  - 1.4.2 信號 “調度站”：多路開關
  - 1.4.3 信號 “加工廠”：ADC 轉換器（規則組 + 注入組）
  - 1.4.4信號 “暫存柜”：AD 數據寄存器
  - 1.4.5 信號 “監督員”：模擬看門狗
  - 1.4.6信號 “報警器”：中斷輸出控制 + NVIC
  - 1.4.7 系統 “動力源”：觸發控制 + RCC
  - 1.4.8系統 “總開關”：開關控制
- 1.5輸入通道
- 1.6轉換模式
- 1.7觸發控制
- 1.8數據對齊
- 1.9轉換時間
- 1.10校準
- 1.11硬件電路
二、AD單通道
- 2.1接線圖
- 2.2代碼
- 2.3ADC 相關 API 函數
- - - 1. 時鐘配置函數
    - 2. GPIO 配置函數
    - 3. ADC 配置函數
    - 4. ADC 控制函數
    - 5. 狀態和數據讀取函數
- 2.4工作現象
三、AD多通道
- 3.1接線圖
- 3.2代碼
- 3.3AD單通道未提及的關鍵 API
- - - 1. ADC 通道配置函數
    - 2. 采樣時間說明
    - 3. ADC 狀態標志位
- 3.4工作現象
- - - 1. **光敏傳感器（AO 接 ADC 通道，如 PA0）**
    - 2. **聲音傳感器（AO 接 ADC 通道，如 PA1）**
    - 3. **紅外避障傳感器（AO 接 ADC 通道，如 PA2）**
    - 4. **電位器（中間引腳接 ADC 通道，如 PA3）**

一、ADC

1.1簡介

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1. 2逐次逼近型ADC

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1.3ADC框圖

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1.4ADC基本結構

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以下用更通俗的 “信號 journey（旅程）” 邏輯，拆解各模塊咋連接、咋配合干活：

1.4.1 信號 “上車點”：輸入模塊（GPIO、溫度、V_REFINT）

GPIO（16 路）：像 16 個 “小天線”，能接外部五花八門的模擬信號（比如傳感器電壓、旋鈕調節的電平），是最常用的信號入口。
溫度傳感器：專門測溫度，把溫度變化轉成電壓信號，相當于 “溫度→電信號” 翻譯器。
V_REFINT：內部精準參考電壓，像 “標準尺”，給 ADC 轉換當基準（比如轉換時拿信號和它比，確定數字值）。

這些信號要先 “排隊上車”，統一交給 多路開關（下面講它的作用）。

1.4.2 信號 “調度站”：多路開關

作用：當 “交通調度員”，決定讓哪路信號進 ADC 轉換器。
邏輯：比如同時有 GPIO、溫度傳感器的信號，它選 1 路（規則組模式）或幾路（注入組模式），送往后邊的 ADC 轉換器。

1.4.3 信號 “加工廠”：ADC 轉換器（規則組 + 注入組）

規則組（最多 16 路）：常規 “生產線”，按預設順序、節奏轉換信號（比如循環采集 16 路 GPIO ），適合普通、批量的轉換需求。
注入組（最多 4 路）：“加急生產線”，優先級更高！遇到緊急信號（比如關鍵傳感器超閾值），能插隊先轉換，靈活處理特殊需求。

不管規則組還是注入組，干的事一樣：把模擬信號（連續電壓）切成數字信號（0 和 1 組成的編碼）。

1.4.4信號 “暫存柜”：AD 數據寄存器

轉換完的數字信號，得找地方 “臨時存一下”：
- 規則組結果：存在 “規則結果 ×1” 里（1 組數據對應 1 個寄存器）。
- 注入組結果：存在 “注入結果 ×4” 里（最多存 4 組，方便快速連續處理）。
就像工廠生產完零件，先放倉庫，等 CPU 來 “取貨” 處理。

1.4.5 信號 “監督員”：模擬看門狗

作用：當 “質量檢測員”，盯著轉換后的數字信號，看是否超出你設定的范圍（比如溫度不能太高 / 太低）。
觸發：一旦超范圍，立馬發信號（相當于 “報警” ），告訴系統 “這信號有問題！”

1.4.6信號 “報警器”：中斷輸出控制 + NVIC

中斷輸出控制：收到模擬看門狗的 “報警” 后，整理信號，決定咋通知系統。
NVIC（嵌套向量中斷控制器）：系統的 “總調度臺”，收到中斷信號后，暫停當前任務，優先處理 “信號異常” 事件（比如觸發緊急程序、記錄日志）。

1.4.7 系統 “動力源”：觸發控制 + RCC

RCC（時鐘控制器）：給 ADC 整個系統提供 “心跳”（時鐘信號），所有模塊得跟著時鐘節奏干活，否則會亂套。
觸發控制：決定啥時候啟動 ADC 轉換，像 “開關”：可以軟件手動觸發（程序里寫代碼啟動），也能硬件觸發（比如定時器定時啟動），發的信號叫 “START”。

1.4.8系統 “總開關”：開關控制

簡單粗暴：控制 ADC 模塊整體 “開 / 關”。不用 ADC 時，關掉省點電；要用時，打開干活。

1.5輸入通道

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1.6轉換模式

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1.7觸發控制

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1.8數據對齊

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1.9轉換時間

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1.10校準

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1.11硬件電路

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二、AD單通道

2.1接線圖

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2.2代碼

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"uint16_t ADValue;			//定義AD值變量
float Voltage;				//定義電壓變量int main(void)
{/*模塊初始化*/OLED_Init();			//OLED初始化AD_Init();				//AD初始化/*顯示靜態字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "ADValue:");OLED_ShowString(2, 1, "Voltage:0.00V");while (1){ADValue = AD_GetValue();					//獲取AD轉換的值Voltage = (float)ADValue / 4095 * 3.3;		//將AD值線性變換到0~3.3的范圍，表示電壓OLED_ShowNum(1, 9, ADValue, 4);				//顯示AD值OLED_ShowNum(2, 9, Voltage, 1);				//顯示電壓值的整數部分OLED_ShowNum(2, 11, (uint16_t)(Voltage * 100) % 100, 2);	//顯示電壓值的小數部分Delay_ms(100);			//延時100ms，手動增加一些轉換的間隔時間}
}

AD.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header/*** 函    數：AD初始化* 參    數：無* 返 回 值：無*/
void AD_Init(void)
{/*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);						//選擇時鐘6分頻，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz/*GPIO初始化*/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);					//將PA0引腳初始化為模擬輸入/*規則組通道配置*/ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);		//規則組序列1的位置，配置為通道0/*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/*ADC使能*/ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//使能ADC1，ADC開始運行/*ADC校準*/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);
}/*** 函    數：獲取AD轉換的值* 參    數：無* 返 回 值：AD轉換的值，范圍：0~4095*/
uint16_t AD_GetValue(void)
{ADC_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
}

2.3ADC 相關 API 函數

1. 時鐘配置函數

運行

void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);

功能：啟用或禁用 APB2 總線上的外設時鐘（如 ADC1、GPIOA）。
參數：
- RCC_APB2Periph：外設選擇（如RCC_APB2Periph_ADC1、RCC_APB2Periph_GPIOA）。
- NewState：ENABLE或DISABLE。

運行

void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2);

功能：配置 ADC 時鐘分頻（ADC 時鐘必須 ≤ 14MHz）。
參數：
- RCC_PCLK2：分頻選項（如RCC_PCLK2_Div6表示 72MHz/6=12MHz）。

2. GPIO 配置函數

運行

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

功能：初始化 GPIO 引腳。
參數：
- GPIOx：GPIO 端口（如GPIOA）。
- GPIO_InitStruct：GPIO 配置結構體（模式、引腳、速度）。

3. ADC 配置函數

運行

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);

功能：配置規則組通道的轉換順序和采樣時間。
參數：
- ADCx：ADC 外設（如ADC1）。
- ADC_Channel：通道號（如ADC_Channel_0對應 PA0）。
- Rank：序列位置（1~16）。
- ADC_SampleTime：采樣周期（如ADC_SampleTime_55Cycles5）。

運行

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);

功能：初始化 ADC 參數。
參數：
- ADCx：ADC 外設。
- ADC_InitStruct：ADC 配置結構體（模式、對齊方式、觸發方式等）。

4. ADC 控制函數

運行

void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

功能：啟用或禁用 ADC。
參數：
- ADCx：ADC 外設。
- NewState：ENABLE或DISABLE。

運行

void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

功能：軟件觸發 ADC 轉換。
參數：
- ADCx：ADC 外設。
- NewState：ENABLE觸發一次轉換。

運行

void ADC_ResetCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);
FlagStatus ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);
FlagStatus ADC_GetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);

功能：ADC 校準流程（復位校準、獲取復位狀態、開始校準、獲取校準狀態）。

5. 狀態和數據讀取函數

運行

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);

功能：檢查 ADC 標志位狀態（如轉換完成標志ADC_FLAG_EOC）。
參數：
- ADCx：ADC 外設。
- ADC_FLAG：標志位類型。

運行

uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);

功能：獲取 ADC 轉換結果（0~4095，12 位分辨率）。
參數：
- ADCx：ADC 外設。
  AD.h

#ifndef __AD_H
#define __AD_Hvoid AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(void);#endif

2.4工作現象

初始化階段
- 調用AD_Init()后，ADC1 時鐘開啟，GPIOA 引腳配置為模擬輸入模式，規則組通道 0（PA0）完成配置，ADC 進入就緒狀態。
- 校準過程中，ADC_ResetCalibration和ADC_StartCalibration會觸發內部校準電路工作，校準完成后標志位自動清除。
轉換階段
- 調用AD_GetValue()時，軟件觸發轉換（ADC_SoftwareStartConvCmd），ADC_FLAG_EOC標志位在轉換完成后置 1，返回值在 0~4095 范圍內（對應輸入電壓 0~3.3V）。
- 若輸入電壓穩定（如接固定電阻分壓），多次讀取的 ADC 值波動較小（通常≤±3LSB）。
數據對應關系

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三、AD多通道

3.1接線圖

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3.2代碼

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"uint16_t AD0, AD1, AD2, AD3;	//定義AD值變量int main(void)
{/*模塊初始化*/OLED_Init();				//OLED初始化AD_Init();					//AD初始化/*顯示靜態字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "AD0:");OLED_ShowString(2, 1, "AD1:");OLED_ShowString(3, 1, "AD2:");OLED_ShowString(4, 1, "AD3:");while (1){AD0 = AD_GetValue(ADC_Channel_0);		//單次啟動ADC，轉換通道0AD1 = AD_GetValue(ADC_Channel_1);		//單次啟動ADC，轉換通道1AD2 = AD_GetValue(ADC_Channel_2);		//單次啟動ADC，轉換通道2AD3 = AD_GetValue(ADC_Channel_3);		//單次啟動ADC，轉換通道3OLED_ShowNum(1, 5, AD0, 4);				//顯示通道0的轉換結果AD0OLED_ShowNum(2, 5, AD1, 4);				//顯示通道1的轉換結果AD1OLED_ShowNum(3, 5, AD2, 4);				//顯示通道2的轉換結果AD2OLED_ShowNum(4, 5, AD3, 4);				//顯示通道3的轉換結果AD3Delay_ms(100);			//延時100ms，手動增加一些轉換的間隔時間}
}

AD.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header/*** 函    數：AD初始化* 參    數：無* 返 回 值：無*/
void AD_Init(void)
{/*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);						//選擇時鐘6分頻，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//將PA0、PA1、PA2和PA3引腳初始化為模擬輸入/*不在此處配置規則組序列，而是在每次AD轉換前配置，這樣可以靈活更改AD轉換的通道*//*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/*ADC使能*/ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//使能ADC1，ADC開始運行/*ADC校準*/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);
}/*** 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
}

AD.h

#ifndef __AD_H
#define __AD_Hvoid AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel);#endif

3.3AD單通道未提及的關鍵 API

除了之前提到的 ADC API，這段代碼還涉及以下未詳細說明的函數：

1. ADC 通道配置函數

運行

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);

功能：配置規則組序列中的通道及其采樣時間。
參數：
- ADC_Channel：通道號（如ADC_Channel_0~ADC_Channel_17）。
- Rank：序列位置（1~16，單通道模式下固定為 1）。
- ADC_SampleTime：采樣周期（如ADC_SampleTime_55Cycles5）。

2. 采樣時間說明

ADC 采樣時間影響轉換精度和速度，可選值包括：

運行

ADC_SampleTime_1Cycles5   // 1.5個ADC時鐘周期（最快）
ADC_SampleTime_7Cycles5   // 7.5個周期
ADC_SampleTime_13Cycles5  // 13.5個周期
ADC_SampleTime_28Cycles5  // 28.5個周期
ADC_SampleTime_41Cycles5  // 41.5個周期
ADC_SampleTime_55Cycles5  // 55.5個周期
ADC_SampleTime_71Cycles5  // 71.5個周期
ADC_SampleTime_239Cycles5 // 239.5個周期（最慢，抗干擾最強）

3. ADC 狀態標志位

運行

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);

常用標志位：
- ADC_FLAG_EOC：規則組轉換完成標志（代碼中使用）。
- ADC_FLAG_AWD：模擬看門狗觸發標志（需額外配置）。
- ADC_FLAG_OVR：數據溢出標志（連續轉換模式下可能出現）。

3.4工作現象

初始化后：ADC1 和 GPIOA 時鐘開啟，PA0~PA3 配置為模擬輸入模式，ADC 處于就緒狀態但未開始轉換（需調用AD_GetValue()觸發）。
動態通道選擇：每次調用AD_GetValue(channel)時，會臨時配置規則組序列 1 為指定通道（如ADC_Channel_2對應 PA2），然后觸發單次轉換。
轉換結果

：返回值范圍為 0~4095，對應輸入電壓 0~3.3V（假設 VREF 為 3.3V）。例如：
- 輸入 1.65V → 返回值約為 2048（1.65V/3.3V × 4095 ≈ 2048）。
- 輸入懸空（無信號）→ 返回隨機值（受噪聲影響）。