基于STM32的嵌入式单片机简明教程 课件 第7章 模数转换器（ADC）

模数转换器简介实验步骤及现象实验原理第七章 模数转换器（ADC）1.模数转换器(ADC)简介模数转换器(AnalogDigitalConverter简称ADC)，将外部模拟电压转换为计算机可识别的数字量。温度、压力、流量逐次逼近型：电压比较器比较两个电压的大小。过程：将0.1V的电压与某个实际电压相比较，如果小了增加0.1V再比较，如果还是小则继续增加；假设到1.5V时，比较电压大于实际电压，那么就认为实际电压为1.5V。分辨率取决于每次增加的电压的大小。STM32单片机ADC是12位，每一次比较电压的增量就是参考电压（如3.3V）除以4096。实际电压不能比参考电压大。转换结果：0~4095的一个数值。如转换结果为2048，参考电压为3.3V时，实际电压为3.3/4096×2048=1.65V。模数转换器(ADC)原理STM32F103系列拥有2-3个ADC模块，这些ADC可以独立使用，也可以使用双重模式（提高采样率）。最大的转换速率为1MHz，即1us（在ADC时钟源ADCCLK为14MHz，采样周期为1.5个时钟脉冲周期下得到）。多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。单次、连续、扫描或间断模式执行，转换结果可以左对齐或者右对齐（多余4位在左边还是右边）方式存储在16位数据寄存器中。STM32ADC2.实验步骤及现象将单片机开发板的电源、J-Link以及USB转串口模块连接好。USB转串口模块仍然连接开发板的RS232接口1。打开的串口调试助手，设置正确的串口号，并将波特率、停止位、数据位等内容设置好。打开配套资料“3.实验例程包\5.ADC\ADC测电压\user”里面的工程文件“project.uvprojx”，将程序编译，编译通过后烧录至单片机。可以观察到调试助手中实时输出电压值，如图7.2所示。开发板上有两个旋转电位计VR1和VR2，旋转如图7.3所示靠开发板边缘的电位计VR1，可以看到输出电压值动态变化。3.实验原理3.3V电压经过VR1的分压之后连接到了引脚PA4

STM32F103RCT6芯片参考电压时由引脚13VDDA和引脚12VSSA提供的，如图参考电压为3.3V。《芯片数据手册》：PA4的“ADC12_IN4”表示此引脚可以作为ADC1和ADC2的输入通道4。同理，PA1可以作为ADC1、ADC2和ADC3的通道1。硬件原理软件原理本实验将ADC转换得到结果后通过串口1输出到电脑，为了方便，使printf函数调用串口发送函数，从而通过printf输出转换结果。本实验只使用了一个ADC1的输入通道4，同时使用多个通道采样需使用通道组：通道组里所有的通道一次转换，转换完之后读取结果；用户使用时指定通道组多个通道采样顺序。通道组分为规则组和注入组。

注入通道的转换可以打断规则通道的转换，在注入通道转换完成之后，规则组才得以继续转换。软件原理普通printf：信息输出到显示器重定向printf：通过串口输出信息printf调用fputc函数将输出内容输出，6-12行改写fputc函数实现printf重定向至串口1。要使用别的串口，只需要修改第9-10行的串口号。软件原理第22行定义配置ADC使用的ADC_InitTypeDef类型结构体第25-26行使能了GPIOA和ADC1的时钟，ADC1通道4使用的PA4，以及串口使用的PA9、PA10都属于GPIOA。第28-32行配置PA4引脚作为ADC输入通道，30行设置模拟输入模式GPIO_Mode_AIN。软件原理第34-40行先填充结构体ADC_Initstructure的成员变量，并在40行将其关联至寄存器使之生效。成员变量1：ADC_Mode，配置ADC模式工作在独立模式还是双ADC模式，即两个ADC协同工作，还是单个ADC工作，第34行选择了独立模式ADC_Mode_Independent。软件原理成员变量2：ADC_ScanConvMode，配置ADC的扫描转换模式，当超过一个ADC通道需要转换时，必须开启扫描转换模式。成员变量3：ADC_ContinuousConvMode，配置ADC是否连续转换模式。单次转换模式在每一次转换结束后就结束了，继续转换需要重新开始转换；连续转换模式在一次转换后自动开始下一次转换。软件原理成员变量4：ADC_ExternalTrigConv，配置ADC外部触发转换信号。第37ADC_ExternalTrigConv_None，意思是不使用外部触发，使用软件来作为ADC开始转换的信号成员变量5：ADC_DataAlign，配置ADC数据右对齐方式，由于ADC转换结果为12位，而寄存器为16位，右对齐表示高4位空闲成员变量6：ADC_NbrOfChannel，配置ADC通道数量。本实验通道数为1软件原理如果使用了多个通道，每个通道都需使用ADC_RegularChannelConfig来指定通道采样顺序（注意：需在第35行处开启扫描转换模式）。例：下列程序设定了通道3采样顺序为1，而通道1采样顺序为2：第37行配置规则通道组，确定了ADC1通道4的采样时间。函数四个参数，分别指定ADC1模块，通道4，此通道的采样顺序（只使用一个通道，故其采样顺序为1）和采样时间为239.5个时钟周期。软件原理第44行使能ADC1第46-50行先重置ADC校准寄存器，结束之后再开始ADC校准，并等待校准结束。ADC在每次配置完成后都需要重新校准，以提高转换的精度软件原理开始ADC转换以测量实际电压。由于第37行选择了不使用外部触发开启ADC转换，故需要通过软件手动触发才能开始ADC转换过程。并且第36行设定了不连续采样，因此每一次转换都需要软件先触发采样。软件原理第79行开启ADC1采值，第80行等待转换结束，因为转换。函数ADC_GetFlagStatus获取ADC1的转换完成标志位，当ADC处于转换状态时返回值为0，转换结束后返回值为1软件原理第82行