STM32之ADC

ADC全称: Analog-to-Digital Converter，指模拟/数字转换器，是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。

haozigegie

6581人浏览 · 2023-03-12 23:11:57

haozigegie · 2023-03-12 23:11:57 发布

ADC

ADC介绍

ADC全称: Analog-to-Digital Converter，指模拟/数字转换器，是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。

ADC的性能指标

量程：能测量的电压范围。

分辨率：ADC能辨别的最小模拟量，通常以输出二进制数的位数表示，比如:8、10、12、16位等。位数越多，分辨率越高，一般来说分辨率越高，转化时间越长。

转化时间：从转换开始到获得稳定的数字量输出所需要的时间称为转换时间。

ADC的特性

12位精度下转换速度可高达1MHZ，即1微秒。

供电电压：VSSA：0V；VDDA：24V~3.6V。

ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+（一般VREF和VSSA接在一起，即0V；VREF+和VDDA接在一起，即3.3V，所以一般ADC输入范围为0V~3.3V）。

采样时间可配置，采样时间越长，转换结果相对越准确，但是转换速度就越慢。

ADC的数据结果是12位，可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。

ADC时钟

由时钟控制器提供的ADCCLK时钟和PCLK2（APB2时钟）同步。

ADC通道

STM32F103C8T6总共两个ADC（ADC1、ADC2），每个ADC有18个转换通道：其中有16个外部通道，2个内部通道（温度传感、内部参考电压）。

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。

规则组：正常排队的人。

注入组：有特权的人(军人、孕妇)，可以插队（优先处理）。

ADC转换顺序

每个ADC只有一个数据寄存器，16个通道一起共用这个寄存器，所以需要指定规则转换通道的转换顺序。

规则通道

规则通道中的转换顺序由三个寄存器（SQR1、SQR2、SQR3）控制，它们都是32位寄存器。

SQRx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SQRx中写入相应的通道，这个通道就是第x个转换。

注入通道

注入通道的转换由一个寄存器（JSQR）控制，它是一个32位寄存器。

注入序列的转换顺序是从JSQx[4:0]（x = 4 - JL[1:0]）开始。

只有当JL=4的时候，注入通道的转换顺序才会按照]SQ1、JSQ2、JSQ3、JSQ4的顺序执行。

ADC触发方式

可以通过向控制寄存器ADC-CR2的ADON位写1来开启ADC转换，写0停止ADC转换。

也可以通过外部事件（如定时器）进行ADC转换。

ADC转换时间

ADC是挂载在APB2总线(PCLK2) 上的，经过分频器得到ADC时钟(ADCCLK)，最高14MHz。

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。

ADC转化模式

单次转换/连续转换

单次转换：只转换一次。

连续转换:：转换一次之后，立马进行下一次转换。

扫描模式

关闭扫描模式：只转换ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的第一个通道。

打开扫描模式：转换所有被ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的所有通道。如果开启了连续转换，即每个通道转换一次后又回到第一个通道重新开始转换。

模拟看门狗

当被ADC转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时，ADC的模拟看门狗状态位被设置，如果使能了AWDIE位将会产生中断。

使用ADC读取烟雾传感器（MQ-2）的值

STM32的hal库关于ADC的函数

HAL_ADC_Start()

启动某个ADC的转换。

原型：
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc)

参数：
ADC_HandleTypeDef* hadc：ADC句柄

实例：
HAL_ADC_Start(&hadc1); //启动ADC1的转换

HAL_ADC_PollForConversion()

等待某个ADC转换完成。

原型：
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t Timeout)

参数：
ADC_HandleTypeDef* hadc：ADC句柄
uint32_t Timeout：超时时间

实例：
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,100); //等待ADC1的转换完成，只等待100ms

HAL_ADC_GetValue()

读取某个ADC转换完成的数据。

原型：
uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc)

参数：
ADC_HandleTypeDef* hadc：ADC句柄

实例：
uint32_t smoke_value = 0;

smoke_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); //读取ADC1转换完成的数据到smoke_value

烟雾传感器（MQ-2）与STM32F103C8T6板子接线

在STM32F103C8T6的产品手册中找到板子上的ADC1通道0的接口。

3.3V <-> VCC

GND <-> GND

PA0 <-> AO

STM32CubeMX相关配置

配置SYS

配置RCC

ADC是挂载在APB2总线(PCLK2) 上的，经过分频器得到ADC时钟(ADCCLK)，最高14MHz。

配置串口信息（UART1）

配置ADC

配置工程名称、工程路径

选择固件库

生成工程

使用MicroLIB库

main.c文件编写

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2023 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "adc.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

//重写stdio.h文件中的prinft()里的fputc()函数
int fputc(int my_data,FILE *p)
{
    unsigned char temp = my_data;
    //改写后，使用printf()函数会将数据通过串口一发送出去
    HAL_UART_Transmit(&huart1,&temp,1,0xffff);  //0xfffff为最大超时时间
    return my_data;
}

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
    uint32_t smoke_value = 0;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
        
        //1. 启动ADC1的转换
        HAL_ADC_Start(&hadc1);
        
        //2. 等待ADC1转换的完成,超时时间为100ms
        HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,100);
        
        //3. 读取ADC1转换完成的数据到smoke_value
        smoke_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
  
        //4. 将数据打印到串口
        //printf("smokeValue = %d\r\n",smoke_value);
    
        printf("smokeValue = %f\r\n",3.3/4096*smoke_value);
        HAL_Delay(1000);
    }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
  RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC;
  PeriphClkInit.AdcClockSelection = RCC_ADCPCLK2_DIV6;
  if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */