STM32 ADC控制器及其应用

一.ADC介绍

ADC，即模/数转换器，是一种将模拟信号转化为数字信号的电子元件。

ADC转换的主要流程三个过程：采样，量化，编码。

1.采样：采样是指在模拟信号上打采样点（就是在间隔相同时间取一次点）那么采样频率Fs=1/T(T是采样周期)那么采样一定会造成连续信号的失真，在现实中是频率越高越好吗？不一定因为频率越高量化（后面会讲）也越慢，一般频率会取原始信号的最高的频率的2倍。那么此时还不是数字信号咋办所以要量化。

2.量化：量化的作用就是将采样的模拟信号进行分级，然后一个级别对应一个数字值。（ADC参考电压就是最高电压）

量化的方式：1.只舍不入法，就是类似于取最大的整数比如：0~0.625v之间的电压取0v...

2.四舍五入法：一量化间隔/2为界，进行取舍。在这种情况下我们会发现量化误差就 是等于一个量化间隔，不难发现量化间隔越小，输入信号和输出信号越像，就是精 度越高。

分辨率：量化间隔越小，把规定范围的电压分成的份数就越多，这就代表它的分辨率越高，分辨率也就是系统能够测量的最小电压。在上面的例子中，我们将10V 的电压分成16份，也就是2的四次方，所以它的分辨率就是4位，那如果我们将电压分成1024份，也就是2的10次方，所以它的分辨率就是10位，量化将直接从0.625V变成了0.0098V。常见的ADC分辨率一般有8位、10位、12位等等。
参考电压：要想得到量化的间隔，就需要两个参数，一个就是分辨率，确定划分的份数，另一个就是一个基准电压，例子中的10V，这个基准电压被称为参考电压(VREF)。STM32的ADC控制器，其参考电压一般是3.3V。

3.编码:经过量化之后，模拟信号已经成功数字化了，下一步就是编码，编码的含义就是用“1”和“0”的组合，为每个量化等级进行编号，从而代替相应区间的电压值。注：这里以四舍五入为例

二.ADC控制器原理

1.参考电压（ADC量化基准）

2.分辨率

分辨率是ADC能分辨的最小的电平，分辨率常以位数表示。8,10,12位ADC...寄存器ADC.CR1.RES位配置。

3.输入通道

ADC通道是指将模拟信号输入到ADC控制器的单个输入路线或信号通道，以STM32F407来说有三个ADC控制器，每个ADC控制器对应多个通道。

4.转换序列

当多个ADC通道，以任意的顺序进行转化就有了.转换序列的概念，序列包含长度，顺序。长度：要转化的通道的个数。顺序：指想要以什么样的顺序进行转化。转换序列两种转化方式：规则序列，注入序列。

讲一下上面的重点：1.规则序列长度最大是16个从SQ1开始到SQ16（就是有16个通道可以进行通道转换），ADC_SQR1.L位配置长度，有3个规则序列，ADC_SQR1(从规则序列1（SQ1）到6设置转换通道),ADC_SQR2（7~12）,ADC_SSQR3（13~16）。2.注入序列最大长度4个从注入序列1（JSQ1）到注入序列4（JSQ4），由ADC_JSRQ.JSQx位设置注入序列添加转换通道。

注：以上的转化改为转换

5.转换触发源

软件触发和事件触发分别是什么，事件触发就是单片机的引脚或是其它的事件发生电平的改变。软件触发是利用程序触发。

规则序列的软件触发：当ADC控制器被使能后，若ADC_CR2.SWSTART位被写入1时，即可触发开始对规则序列中的通道进行转换。转换一旦开始，ADC_CR2.SWSTART位将会被控制器清0。

注入序列的软件触发：当ADC控制器被使能后，若ADC_CR2.JSWSTART位被写入1时，即可触发开始对注入序列中的通道进行转换。当转换开始时，ADC_CR2.JSWSTART位将会被控制器清0。

ADC控制器使能：简单来说就是给ADC控制器上电，通过向ADC_CR2.ADON位写1，即可上电ADC。

事件触发：外部触发转换，可以通过外部事件(例如，定时器捕获、EXTI中断线)触发转换，事件源可以通过ADC_CR2.EXTSEL(规则序列外部事件源选择)和ADC_CR2.JEXTSE(注入序列外部事件源选择)位进行选择。外部事件能够以所选的极性(上升沿、下降沿、上升和下降沿)触发转换。

6.注入序列的意义

1.扩展个数因为ADC控制器1有19个通道，而规则序列只有16个通道。

2.突发情况，要临时打断规则序列的转化。例如：有以下一个需求，需要ADC 一直轮番转换通道0、通道1 和通道2，但是在这三个通道转换期间偶尔需要转换一下通道15，等通道15转换完成后，继续恢复规则序列的转换。

这两种情况刚好对应注入序列的两种模式：自动注入(情况1)、触发注入(情况2)，两种模式可以通过ADC_CR1.JAUTO位进行选择。
注入序列的自动注入(不常用，了解)：
注入序列被设置成自动注入时，注入序列中的通道，会在规则序列转换完成后，自动转换。故自动注入模式下，注入序列的转换，并不需要软件触发或是通过外部事件去触发。在此模式下，必须禁止注入通道上的外部触发。

注入序列的触发注入：
通过外部触发或将 ADC_CR2 寄存器中的 SWSTART 位置 1 来启动规则通道组转换，如果在规则通道组转换期间出现外部注入触发或JSWSTART位置 1，则当前的转换会复位，并且注入通道序列会切换为单次扫描模式，然后，规则通道组的规则转换会从上次中断的规则转换处恢复。

6.转换时间

核心公式含义

公式 Tconv 代表总转换时间，它由两部分组成：

采样时间（Sampling Time）：这是用户可配置的，即公式中的“通道采样周期数”。

转换时间（Conversion Time）：这是固定的，取决于你设置的ADC分辨率。

具体公式解析

图片中列出了不同分辨率下的计算方式：

12位分辨率： Tconv = 通道采样周期数 + 12个ADCCLK周期

10位分辨率： Tconv = 通道采样周期数 + 10个ADCCLK周期

8位分辨率： Tconv = 通道采样周期数 + 8个ADCCLK周期

6位分辨率： Tconv = 通道采样周期数 + 6个ADCCLK周期

为什么加ADCCLK：它代表ADC内部进行数据计算所需的固定开销。

关键术语解释

Tconv：总的转换时间。

通道采样周期数：这是你在配置ADC时，通过寄存器（如 ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 ）设置的一个数值。你可以把它理解为“采集信号持续的时间长短”。采样时间越长，精度通常越高，但转换速度越慢。

ADCCLK周期：这是ADC的工作时钟周期。

12/10/8/6：这些数字代表了不同分辨率下，SAR（逐次逼近寄存器）算法进行计算所需的固定时钟周期数。分辨率越高，计算越复杂，需要的固定周期就越多。

举个例子帮助理解

假设你的ADC时钟（ADCCLK）是 1MHz（即1个周期是1微秒），你设置的是 12位分辨率，并且设置的 采样周期是3个周期。

那么一次完整的转换时间 Tconv 就是：
Tconv = 3（采样周期） + 12（12位分辨率固定周期） = 15个周期

因为每个周期是1微秒，所以总耗时就是 15微秒。

7.扫描模式和非扫描模式

扫描模式的含义
ADC 扫描模式是一种连续对多个输入通道进行转换的模式，这种模式下，ADC 会按照预先定义的顺序对多个输入通道轮流进行转换。
什么情况下使用扫描模式
 如果设置的序列长度大于1时，则为多通道转换，就需要使用扫描模式。
 如果序列的长度为1时，则是单通道转换，单通道转换则不需要开启扫描模式。
注意：如果关闭了扫描模式，即使序列设置的长度大于1，ADC 仍然按照单通道进行转换。
扫描模式和非扫描模式的切换
ADC的扫描模式和非扫描模式，由ADC_CR1.SCAN位进行控制
ADC_CR1.SCAN = 0，禁止扫描模式，也就是使用非扫描模式
ADC_CR1.SCAN = 1，使能扫描模式，也就是使用扫描模式

8.单次转换模式和连续转换模式

连续转换模式的含义
连续转换模式，指的是ADC 按照序列设置的长度，完成一次序列的转换后，回到序列头开始新一轮的转换。
注意：触发注入无法进行连续转换，注入序列想要连续转换的唯一例外情况是使用自动注入，将注入序列
配置为在规则序列之后，自动转换。
单次转换模式的含义
ADC 的单次转换模式，是指ADC 按照序列设置的长度，完成一次序列的转换后，ADC 停止。

9.

10.

11.模拟看门狗

用于规则序列和注入序列转换结果的检测。如果模拟电压低于阈值的下线或高于阈值的上线，那么模拟看门狗状态位AWD会置为1，阈值下线由ADC_LTR寄存器设置，上线由ADC_HTR控制（受分辨率控制。比如，12位的ADC那么模拟看门狗的阈值范围是0~4095,10位是0~1023）。

1.规着序列通道看模拟门狗检测，由ADC_CR1.AWDEN位使能。

2.注入序列通道看模拟门狗检测，由ADC_CR1.JAWDEN位使能。

3.模拟门狗的通道模式检测，由ADC_CR1.AWDSGL位进行配置。

12.ADC控制器原理-模式组合

单词转换模式+非扫描模式

连续转换模式+非扫描模式 注意：注意：触发注入无法进行连续转换，注入序列仅在自动 注入模式下，可进行连续转换。

单词转换模式+扫描模式

连续转换模式+扫描模式 注意：触发注入无法进行连续转换，注入序列仅在自动注入模式 下，可进行连续转换

三.ADC中断

ADC中断是怎么进行的？有什么意义？1.单次转换模式：你启动一次转换（比如调用HAL_ADC_Start_IT()），ADC采样一次，转换一次。完成时触发一次中断。之后你需要再次调用启动函数才会进行下一次转换。
· 连续转换模式：你启动后，ADC会以最快的速度不停地进行采样和转换，每次转换完成都会触发一次中断。你的程序会像潮水一样反复进入中断服务函数。这就是导致“CPU卡死”的常见原因——因为CPU根本没有时间去执行main函数里的其他任务。为了解决这个问题，常见做法是：
· 改回单次模式：在中断里把数据读走，然后根据某个条件（比如主循环里的标志）再手动启动下一次。
· 配合DMA使用：这是更推荐的做法。用DMA把数据自动搬运到内存数组里，等搬运完足够多的点后，由DMA触发“传输完成中断”。这样你只需要处理一批数据，而不是每个点都进中断。

2.减少CPU开销。

四.ADC的DMA开销

五.ADC采集电平

讲述一下ADC采集电平的过程，首先要进行对GPIO和ADC进行初始化然后使能ADC转换进入while（1）循环先进行判断EOC=1，等于1往下进行先禁止ADC再获取转换结果以此类推。

引脚的配置：

核心代码：

注意：句柄是&hadc1.

注意：我们如何找到这些函数可以进行一下步骤。

六.ADC+NVIC电平采集

引脚配置（只显示比上面多的）：

核心代码：

注意：

1. 先 HAL_ADC_Stop_IT(hadc) 停止 ADC 的连续转换/中断
2. 再 HAL_ADC_GetValue(hadc) 读取最后一次转换结果

如果交换顺序：

· HAL_ADC_GetValue 会在 ADC 仍在运行时读取寄存器值，虽然也能读到数据，但此时转换可能还在更新
· 接着调用 HAL_ADC_Stop_IT 停止转换 —— 这样做逻辑上不严谨，因为你需要的是“停止后”的那一帧稳定数据

总结：停止后再读取，才能确保拿到的是最终有效的转换值。

七.ADC+NVIC+DMA电平采集

引脚配置（只显示比上面多的）：

核心代码：

注意：数组的单个元素的大小