STM32—ADC详解
⽂章⽬录
⼀.ADC简介
⼆.ADC功能框图讲解
1.电压输⼊范围
2.输⼊通道
3.转换顺序
4.触发源
5.转换时间
7.中断
8.电压转换
三.初始化结构体
四.单通道电压采集
1.头⽂件
2.引脚配置函数
3.NVIC配置函数
4.ADC配置函数
5.中断函数
6.主函数
⼀.ADC简介
STM32f103系列有3个ADC，精度为12位，每个ADC最多有16个外部通道。其中ADC1和ADC2都有16
个外部通道，ADC3⼀般有8个外部通道，各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断执⾏，ADC转换的结果可以左对齐或右对齐储存在16位数据寄存器中。ADC的输⼊时钟不得超过14MHz，其时钟频率由PCLK2分频产⽣。
⼆.ADC功能框图讲解
学习STM32开发板上的外设时⾸先要了解其外设的功能框图，如下：
功能框图可以⼤体分为7部分，下⾯⼀⼀讲解：
1.电压输⼊范围
ADC所能测量的电压范围就是VREF- ≤ VIN ≤ VREF+，把 VSSA 和 VREF-接地，把 VREF+和 VDDA 接 3V3，得到ADC 的输⼊电压范围为： 0~3.3V。
2.输⼊通道
ADC的信号输⼊就是通过通道来实现的，信号通过通道输⼊到单⽚机中，单⽚机经过转换后，将模拟信号输出为数字信号。STM32中的ADC有着18个通道，其中外部的16个通道已经在框图中标出，如下：
这16个通道对应着不同的IO⼝，此外ADC1/2/3 还有内部通道： ADC1 的通道 16 连接到了芯⽚内部的温度传感器， Vrefint 连接到了通道 17。 ADC2 的模拟通道 16 和 17 连接到了内部的 VSS。
ADC的全部通道如⽰：
外部的16个通道在转换时⼜分为规则通道和注⼊通道，其中规则通道最多有16路，注⼊通道最多有4路（注⼊通道貌似使⽤不多），下⾯简单介绍⼀下俩种通道：
规则通道
规则通道顾名思义就是，最平常的通道、也是最常⽤的通道，平时的ADC转换都是⽤规则通道实现的。
注⼊通道
注⼊通道是相对于规则通道的，注⼊通道可以在规则通道转换时，强⾏插⼊转换，相当于⼀个“中断通道”吧。当有注⼊通道需要转换时，规则通道的转换会停⽌，优先执⾏注⼊通道的转换，当注⼊通道的转换执⾏完毕后，再回到之前规则通道进⾏转换。
3.转换顺序
知道了ADC的转换通道后，如果ADC只使⽤⼀个通道来转换，那就很简单，但如果是使⽤多个通道进⾏转换就涉及到⼀个先后顺序了，毕竟规则转换通道只有⼀个数据寄存器。多个通道的使⽤顺序分为俩种情况：规则通道的转换顺序和注⼊通道的转换顺序。
规则通道转换顺序
规则通道中的转换顺序由三个寄存器控制：SQR1、SQR2、SQR3，它们都是32位寄存器。SQR寄存器控制着转换通道的数⽬和转换顺序，只要在对应的寄存器位SQx中写⼊相应的通道，这个通道就是第x个转换。具体的对应关系如下：
通过SQR1寄存器就能了解其转换顺序在寄存器上的实现了：
注⼊通道转换顺序
和规则通道转换顺序的控制⼀样，注⼊通道的转换也是通过注⼊寄存器来控制，只不过只有⼀个JSQR寄存器来控制，控制关系如下：
需要注意的是，只有当JL=4的时候，注⼊通道的转换顺序才会按照JSQ1、JSQ2、JSQ3、JSQ4的顺序执⾏。当JL<4时，注⼊通道的转换顺序恰恰相反，也就是执⾏顺序为：JSQ4、JSQ3、JSQ2、JSQ1。
配置转换顺序的函数如⽰：
/**
* @brief  Configures for the selected ADC regular channel its corresponding
*        rank in the sequencer and its sample time.
* @param  ADCx: where x can be 1, 2 or 3 to select the ADC peripheral.
* @param  ADC_Channel: the ADC channel to configure.
*  This parameter can be one of the following values:
*    @arg ADC_Channel_0: ADC Channel0 selected
*    @arg ADC_Channel_1: ADC Channel1 selected
*    @arg ADC_Channel_2: ADC Channel2 selected
*    @arg ADC_Channel_3: ADC Channel3 selected
*    @arg ADC_Channel_4: ADC Channel4 selected
*    @arg ADC_Channel_5: ADC Channel5 selected
*    @arg ADC_Channel_6: ADC Channel6 selected
*    @arg ADC_Channel_7: ADC Channel7 selected
*    @arg ADC_Channel_8: ADC Channel8 selectedrank函数怎么用
*    @arg ADC_Channel_9: ADC Channel9 selected
*    @arg ADC_Channel_10: ADC Channel10 selected
*    @arg ADC_Channel_11: ADC Channel11 selected
*    @arg ADC_Channel_12: ADC Channel12 selected
*    @arg ADC_Channel_13: ADC Channel13 selected
*    @arg ADC_Channel_14: ADC Channel14 selected
*    @arg ADC_Channel_15: ADC Channel15 selected
*    @arg ADC_Channel_16: ADC Channel16 selected
*    @arg ADC_Channel_17: ADC Channel17 selected
* @param  Rank: The rank in the regular group sequencer. This parameter must be between 1 to 16.
* @param  ADC_SampleTime: The sample time value to be set for the selected channel.
*  This parameter can be one of the following values:
*    @arg ADC_SampleTime_1Cycles5: Sample time equal to 1.5 cycles
*    @arg ADC_SampleTime_7Cycles5: Sample time equal to 7.5 cycles
*    @arg ADC_SampleTime_13Cycles5: Sample time equal to 13.5 cycles
*    @arg ADC_SampleTime_28Cycles5: Sample time equal to 28.5 cycles
*    @arg ADC_SampleTime_41Cycles5: Sample time equal to 41.5 cycles
*    @arg ADC_SampleTime_55Cycles5: Sample time equal to 55.5 cycles
*    @arg ADC_SampleTime_71Cycles5: Sample time equal to 71.5 cycles
*    @arg ADC_SampleTime_239Cycles5: Sample time equal to 239.5 cycles
* @retval None
*/
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)
{
函数内容略;
}
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4.触发源
ADC转换的输⼊、通道、转换顺序都已经说明了，但ADC转换是怎么触发的呢？就像通信协议⼀样，都要规定⼀个起始信号才能传输信息，ADC也需要⼀个触发信号来实⾏模/数转换。
其⼀就是通过直接配置寄存器触发，通过配置控制寄存器CR2的ADON位，写1时开始转换，写0时停⽌转换。在程序运⾏过程中只要调⽤库函数，将CR2寄存器的ADON位置1就可以进⾏转换，⽐较好理
解。
另外，还可以通过内部定时器或者外部IO触发转换，也就是说可以利⽤内部时钟让ADC进⾏周期性的转换，也可以利⽤外部IO使ADC在需要时转换，具体的触发由控制寄存器CR2决定。
ADC_CR2寄存器的详情如下：
5.转换时间
还有⼀点，就是转换时间的问题，ADC的每⼀次信号转换都要时间，这个时间就是转换时间，转换时间由输⼊时钟和采样周期来决定。
输⼊时钟
由于ADC在STM32中是挂载在APB2总线上的，所以ADC得时钟是由PCLK2（72MHz）经过分频得到的，分频因⼦由 RCC 时钟配置寄存器RCC_CFGR 的位 15:14 ADCPRE[1:0]设置，可以是 2/4/6/8 分频，⼀般配置分频因⼦为8，即8分频得到ADC的输⼊时钟频率为9MHz。
采样周期
采样周期是确⽴在输⼊时钟上的，配置采样周期可以确定使⽤多少个ADC时钟周期来对电压进⾏采样，采样的周期数可通过 ADC采样时间寄存器 ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 中的 SMP[2:0]位设置，ADC_SMPR2 控制的是通道 0~9， ADC_SMPR1 控制的是通道
10~17。每个通道可以配置不同的采样周期，但最⼩的采样周期是1.5个周期，也就是说如果想最快时间采样就设置采样周期为1.5.
转换时间
转换时间=采样时间+12.5个周期
12.5个周期是固定的，⼀般我们设置 PCLK2=72M，经过 ADC 预分频器能分频到最⼤的时钟只能是 12M，采样周期设置为 1.5 个周期，算出最短的转换时间为 1.17us。
6.数据寄存器
转换完成后的数据就存放在数据寄存器中，但数据的存放也分为规则通道转换数据和注⼊通道转换数据的。
规则数据寄存器
规则数据寄存器负责存放规则通道转换的数据，通过32位寄存器ADC_DR来存放。
当使⽤ADC独⽴模式（也就是只使⽤⼀个ADC，可以使⽤多个通道）时，数据存放在低16位中，当使⽤ADC多模式时⾼16位存放ADC2的数据。需要注意的是ADC转换的精度是12位，⽽寄存器中有16个位来存放数据，所以要规定数据存放是左对齐还是右对齐。
当使⽤多个通道转换数据时，会产⽣多个转换数据，然鹅数据寄存器只有⼀个，多个数据存放在⼀个寄存器中会覆盖数据导致ADC转换错误，所以我们经常在⼀个通道转换完成之后就⽴刻将数据取出来，⽅便下⼀个数据存放。⼀般开启DMA模式将转换的数据，传输在⼀个数组中，程序对数组读操作就可以得到转换的结果。
DMA的使⽤之前在⼀篇博客中介绍过：DMA介绍
注⼊数据寄存器
注⼊通道转换的数据寄存器有4个，由于注⼊通道最多有4个，所以注⼊通道转换的数据都有固定的存放位置，不会跟规则寄存器那样产⽣数据覆盖的问题。 ADC_JDRx 是 32 位的，低 16 位有效，⾼ 16 位保留，数据同样分为左对齐和右对齐，具体是以哪⼀种⽅式存放，由ADC_CR2 的 11 位 ALIGN 设置。
7.中断
从框图中可以知道数据转换完成之后可以产⽣中断，有三种情况：
规则通道转换完成中断
规则通道数据转换完成之后，可以产⽣⼀个中断，可以在中断函数中读取规则数据寄存器的值。这也是单通道时读取数据的⼀种⽅法。
注⼊通道转换完成中断
注⼊通道数据转换完成之后，可以产⽣⼀个中断，并且也可以在中断中读取注⼊数据寄存器的值，达到读取数据的作⽤。
模拟看门狗事件
当输⼊的模拟量（电压）不再阈值范围内就会产⽣看门狗事件，就是⽤来监视输⼊的模拟量是否正常。
以上中断的配置都由ADC_SR寄存器决定：
当然，在转换完成之后也可以产⽣DMA请求，从⽽将转换好的数据从数据寄存器中读取到内存中。
8.电压转换
要知道，转换后的数据是⼀个12位的⼆进制数，我们需要把这个⼆进制数代表的模拟量（电压）⽤数字表⽰出来。⽐如测量的电压范围是0~3.3V，转换后的⼆进制数是x，因为12位ADC在转换时将电压的范围⼤⼩（也就是3.3）分为4096（2^12）份，所以转换后的⼆进制数x代表的真实电压的计算⽅法就是：
y=3.3* x / 4096
三.初始化结构体
每个外设的核⼼就是其对应的初始化结构体了，ADC的初始化结构体如下：
typedef struct
{
uint32_t ADC_Mode; // ADC ⼯作模式选择
FunctionalState ADC_ScanConvMode; // ADC 扫描（多通道）或者单次（单通道）模式选择
FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; // ADC 单次转换或者连续转换选择
uint32_t ADC_ExternalTrigConv; // ADC 转换触发信号选择
uint32_t ADC_DataAlign; // ADC 数据寄存器对齐格式
uint8_t ADC_NbrOfChannel; // ADC 采集通道数
} ADC_InitTypeDef;
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通过配置初始化结构体来设置ADC的相关信息。
四.单通道电压采集
⽤这个程序来简单熟练⼀下ADC的单通道电压采集吧，程序使⽤了ADC1的通道11，对应的IO⼝是PC^1，因为博主的开发板上PC ^1引脚没有任何复⽤，使⽤中断，在中断中读取转换的电压。
1.头⽂件
为了提⾼⽂件的可移植性，头⽂件中定义了⼀些与ADC和中断相关的量，在移植程序的时候只需要修改头⽂件中的定义即可。
#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H
#include "stm32f10x.h"
/* 采⽤ADC1的通道11  引脚为PC^1 模式必须是模拟输⼊*/
#define ADC_GPIO_RCC    RCC_APB2Periph_GPIOC
#define ADC_GPIO_PORT    GPIOC
#define ADC_GPIO_PIN    GPIO_Pin_1
#define ADC_GPIO_MODE    GPIO_Mode_AIN
/* 配置与中断有关的信息 */
#define ADC_IRQn        ADC1_2_IRQn
#define ADC_RCC          RCC_APB2Periph_ADC1
/* 配置ADC初始化结构体的宏定义 */
#define ADCx                          ADC1
#define ADCx_ContinuousConvMode      ENABLE                          //连续转换模式
#define ADCx_DataAlign                ADC_DataAlign_Right            //转换结果右对齐
#define ADCx_ExternalTrigConv        ADC_ExternalTrigConv_None      //不使⽤外部触发转换，采⽤软件触发
#define ADCx_Mode                    ADC_Mode_Independent            //只使⽤⼀个ADC，独⽴模式
#define ADCx_NbrOfChannel            1                              //⼀个转换通道
#define ADCx_ScanConvMode            DISABLE                        //禁⽌扫描模式，多通道时使⽤
/* 通道信息和采样周期 */
#define ADC_Channel                  ADC_Channel_11
#define ADC_SampleTime                ADC_SampleTime_55Cycles5