ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換概述與采集實例

一、STM32-ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換概述

1、ADC簡介

ADC的概念

Analog-to-Digital Converter的縮寫。指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器或者模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。是指將連續(xù)變量的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號的器件。

ADC的作用

采集傳感器的數(shù)據(jù)，測量輸入電壓，檢查電池電量剩余，監(jiān)測溫濕度等。

典型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為表示一定比例電壓值的數(shù)字信號。

2、ADC的性能指標

量程：能測量的電壓范圍

分辨率：ADC的分辨率通常以輸出二進制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，分辨率越高，一般來說分辨率越高，轉(zhuǎn)化時間越長。

轉(zhuǎn)化時間：模擬輸入電壓在允許的最大變化范圍內(nèi)，從轉(zhuǎn)換開始到獲得穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需要的時間稱為轉(zhuǎn)換時間

3、STM32F4-ADC配置

STM32F40X有3個ADC，每個可配置 12 位、10 位、8 位或 6 位分辨率

每個ADC 有16個外部通道。另外還有兩個內(nèi)部 ADC 源和 V BAT 通道掛在 ADC1上

這些通道的 A/D 轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。

ADC具有獨立模式、雙重模式和三重模式，對于不同 AD轉(zhuǎn)換要求幾乎都有合適的模式可選

ADC 的結(jié)果可以左對齊或右對齊方式存儲在 16位數(shù)據(jù)寄存器中。

4、ADC的功能框圖

1、輸入電壓范圍

2、輸入通道

3、轉(zhuǎn)換順序

4、轉(zhuǎn)換時間

5、數(shù)據(jù)寄存器

6、中斷

7、觸發(fā)源

4.1、電壓輸入范圍

ADC 輸入范圍為：V REF- ≤ V IN ≤ V REF+ 。由 V REF- 、V REF+ 、V DDA 、V SSA 、這四個外部引腳決定。

我們在設(shè)計原理圖的時候一般把 V SSA 和 V REF- 接地，把 V REF+ 和 V DDA 接 3.3V，得到ADC的輸入電壓范圍為：0~3.3V

如果我們想讓輸入的電壓范圍變寬，去到可以測試負電壓或者更高的正電壓，我們可以在外部加一個電壓調(diào)理電路，把需要轉(zhuǎn)換的電壓抬升或者降壓到0~3.3V，這樣 ADC 就可以測量了

4.2、輸入通道

每個ADC 有16個外部通道。另外還有兩個內(nèi)部 ADC 源和 V BAT 通道掛在 ADC1上

4.3、轉(zhuǎn)換順序

規(guī)則通道組：

顧名思意，規(guī)則通道就是很規(guī)矩的意思，我們平時一般使用的就是這個通道。相當正常運行的程序。最多16個通道。

規(guī)則通道和它的轉(zhuǎn)換順序在ADC_SQRx寄存器中選擇，規(guī)則組轉(zhuǎn)換的總數(shù)應(yīng)寫入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]中

注入通道組：

注入，可以理解為插入，插隊的意思，是一種不安分的通道。相當于中斷。最多4個通道。

注入組和它的轉(zhuǎn)換順序在ADC_JSQR寄存器中選擇。注入組里轉(zhuǎn)化的總數(shù)應(yīng)寫入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]中

4.4、轉(zhuǎn)換時間

ADC 時鐘

ADC 輸入時鐘 ADC_CLK 由 PCLK2 經(jīng)過分頻產(chǎn)生，最大值是 36MHz，典型值為30MHz。對于 STM32F407我們一般設(shè)置PCLK2=HCLK/2=84MHz。所以程序一般使用 4分頻或者 6分頻。

ADC 的總轉(zhuǎn)換時間

Tconv = 采樣時間 + 12個周期

最小采樣時間： T = 3 + 12 = 15個周期 =0.42us(ADC時鐘=36MHz下得到)

4.5、數(shù)據(jù)寄存器

規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器 ADC_DR

ADC_DR只有一個，是一個 32 位的寄存器，只有低 16 位有效并且只是用于獨立模式存放轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)。因為 ADC 的最大精度是 12 位，ADC_DR 是16 位有效，這樣允許 ADC存放數(shù)據(jù)時候選擇左對齊或者右對齊，具體是以哪一種方式存放，由 ADC_CR2的 11 位 ALIGN 設(shè)置。

使用 DMA

由于規(guī)則通道組只有一個數(shù)據(jù)寄存器，因此，對于多個規(guī)則通道的轉(zhuǎn)換，使用 DMA 非常有幫助。這樣可以避免丟失在下一次寫入之前還未被讀出的 ADC_DR 寄存器中的數(shù)據(jù)。

在使能 DMA 模式的情況下(ADC_CR2 寄存器中的 DMA 位置 1)，每完成規(guī)則通道組中的一個通道轉(zhuǎn)換后，都會生成一個 DMA 請求。

4.6、中斷

轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷

規(guī)則通道和注入通道的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，都可以產(chǎn)生中斷

模擬看門狗中斷

當被 ADC 轉(zhuǎn)換的模擬電壓低于低閾值或者高于高閾值時，就會產(chǎn)生中斷

溢出中斷

如果發(fā)生 DMA傳輸數(shù)據(jù)丟失，會置位 ADC 狀態(tài)寄存器 ADC_SR的 OVR位，如果同時使能了溢出中斷，那在轉(zhuǎn)換結(jié)束后會產(chǎn)生一個溢出中斷。

DMA 請求

規(guī)則和注入通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，除了產(chǎn)生中斷外，還可以產(chǎn)生 DMA請求，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)直接存儲在內(nèi)存里面。