1. ADC简介
STM32F4xx系列一般都有3个ADC,这些ADC可以独立使用,也可以使用双重/三重模式(提高采样率)。STM32F4的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有19个通道,可测量16个外部源、2个内部源和Vbat通道的信号。这些通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。 模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。
STM32F407VGT6包含有3个ADC。STM32F4的ADC最大的转换速率为2.4Mhz,也 就 是转换时间为0.41us(在ADCCLK=36M,采样周期为3个ADC时钟下得到),不要让ADC的时钟超过36M,否则将导致结果准确度下降
STM32F4将ADC的转换分为2个通道组:规则通道组和注入通道组。规则通道相当于你正常运行的程序,而注入通道呢,就相当于中断。在你程序正常执行的时候,中断是可以打断你的执行的。同这个类似,注入通道的转换可以打断规则通道的转换, 在注入通道被转换完成之后,规则通道才得以继续转换。
通过一个形象的例子可以说明:假如你在家里的院子内放了5个温度探头,室内放了3个温度探头;你需要时刻监视室外温度即可,但偶尔你想看看室内的温度;因此你可以使用规则通道组循环扫描室外的5个探头并显示AD转换结果,当你想看室内温度时,通过一个按钮启动注入转换组(3个室内探头)并暂时显示室内温度,当你放开这个按钮后,系统又会回到规则通道组继续检测室外温度。从系统设计上,测量并显示室内温度的过程中断了测量并显示室外温度的过程,但程序设计上可以在初始化阶段分别设置好不同的转换组,系统运行中不必再变更循环转换的配置,从而达到两个任务互不干扰和快速切换的结果。可以设想一下,如果没有规则组和注入组的划分,当你按下按钮后,需要从新配置AD循环扫描的通道,然后在释放按钮后需再次配置AD循环扫描的通道。上面的例子因为速度较慢,不能完全体现这样区分(规则通道组和注入通道组)的好处,但在工业应用领域中有很多检测和监视探头需要较快地处理,这样对AD转换的分组将简化事件处理的程序并提高事件处理的速度。
STM32F4其ADC的规则通道组最多包含16个转换,而注入通道组最多包含4个通道。
STM32F4的ADC在单次转换模式下,只执行一次转换,该模式可以通过ADC_CR2寄存器的ADON位(只适用于规则通道)启动,也可以通过外部触发启动(适用于规则通道和注入通道),这时CONT位为0。
以规则通道为例,一旦所选择的通道转换完成,转换结果将被存在ADC_DR寄存器中,EOC(转换结束)标志将被置位,如果设置了EOCIE,则会产生中断。然后ADC将停止,直到下次启动
接下来,我们介绍一下我们执行规则通道的单次转换,需要用到的ADC寄存器。第一个要介绍的是ADC控制寄存器(ADC_CR1和ADC_CR2)。ADC_CR1的各位描述如图所示:
ADC_CR1的SCAN位,该位用于设置扫描模式,由软件设置和清除,如果设置为1,则使用扫描模式,如果为0,则关闭扫描模式。在扫描模式下,由ADC_SQRx或ADC_JSQRx寄存器选中的通道被转换。如果设置了EOCIE或JEOCIE,只在最后一个通道转换完毕后才会产生EOC或JEOC中断。
ADC_CR1[25:24]用于设置ADC的分辨率,详细的对应关系如图所示
本章我们使用12位分辨率,所以设置这两个位为0就可以了。接着我们介绍ADC_CR2,该寄存器的各位描述如图所示:
该寄存器我们也只针对性的介绍一些位:ADON位用于开关AD转换器。而CONT位用于设置是否进行连续转换,我们使用单次转换,所以CONT位必须为0。ALIGN用于设置数据对齐,我们使用右对齐,该位设置为0。
EXTEN[1:0]用于规则通道的外部触发使能设置,详细的设置关系如图所示
我们这里使用的是软件触发,即不使用外部触发,所以设置这2个位为0即可。ADC_CR2的SWSTART位用于开始规则通道的转换,我们每次转换(单次转换模式下)都需要向该位写1。
第二个要介绍的是ADC通用控制寄存器(ADC_CCR),该寄存器各位描述如图所示:
该寄存器我们也只针对性的介绍一些位:TSVREFE位是内部温度传感器和Vrefint通道使能位,内部温度传感器我们将在下一章介绍,这里我们直接设置为0。ADCPRE[1:0]用于设置ADC输入时钟分频,00~11分别对应2/4/6/8分频,STM32F4的ADC最大工作频率是36Mhz,而ADC时 钟(ADCCLK)来 自APB2,APB2频率一般是84Mhz,所以我们一般设置ADCPRE=01,即4分频,这样得到ADCCLK频率为21Mhz。MULTI[4:0]用于多重ADC模式选择,详细的设置关系如图所示:
本章我们仅用了ADC1(独立模式),并没用到多重ADC模式,所以设置这5个位为0即可
第三个要介绍的是ADC采样时间寄存器(ADC_SMPR1和ADC_SMPR2),这两个寄存器用于设置通道0~18的采样时间,每个通道占用3个位。ADC_SMPR1的各位描述如图所示:
对于每个要转换的通道,采样时间建议尽量长一点,以获得较高的准确度,但是这样会降低ADC的转换速率。ADC的转换时间可以由以下公式计算:
Tcovn=采样时间+12个周期
其中:Tcovn为总转换时间,采样时间是根据每个通道的SMP位的设置来决定的。例如,当ADCCLK=21Mhz的时候,并设置3个周期的采样时间,则得到:Tcovn=3+12=15个周期=0.71us。
第四个要介绍的是ADC规则序列寄存器(ADC_SQR1~3),该寄存器总共有3个,这几个寄存器的功能都差不多,这里我们仅介绍一下ADC_SQR1,该寄存器的各位描述如图所示:
L[3:0]用于存储规则序列的长度,我们这里只用了1个,所以设置这几个位的值为0。其他的SQ13~16则存储了规则序列中第13~16个通道的编号(0~18)。另外两个规则序列寄存器同ADC_SQR1大同小异,我们这里就不再介绍了,要说明一点的是:我们选择的是单次转换,所以只有一个通道在规则序列里面,这个序列就是SQ1,至于SQ1里面哪个通道,完全由用户自己设置,通过ADC_SQR3的最低5位(也就是SQ1)设置。
第五个要介绍的是ADC规则数据寄存器(ADC_DR)。规则序列中的AD转化结果都将被存在这个寄存器里面,而注入通道的转换结果被保存在ADC_JDRx里面。ADC_DR的各位描述如图:
这里要提醒一点的是,该寄存器的数据可以通过ADC_CR2的ALIGN位设置左对齐还是右对齐。在读取数据的时候要注意。
最后一个要介绍的ADC寄存器为ADC状态寄存器(ADC_SR),该寄存器保存了ADC转换时的各种状态。该寄存器的各位描述如图所示:
这里我们仅介绍将要用到的是EOC位,我们通过判断该位来决定是否此次规则通道的AD转换已经完成,如果该位位1,则表示转换完成了,就可以从ADC_DR中读取转换结果,否则等待转换完成。
2. ADC库函数应用步骤
使用到的库函数分布在stm32f4xx_adc.c文件和stm32f4xx_adc.h文
件中。下面讲解其详细设置步骤
STM32F407ZGT6的ADC1通道5在PA5上,所以,我们先要使能GPIOA的时钟,然后设置PA5为模拟输入。同时我们要把PA5复用为ADC,所以我们要使能ADC1时钟。这里特别要提醒,对于IO口复用为ADC我们要设置模式为模拟输入,而不是复用功能,也不需要调用GPIO_PinAFConfig函数来设置引脚映射关系。
使能GPIOA时钟和ADC1时钟都很简单,具体方法为:
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //使能ADC1时钟
初始化GPIOA5为模拟输入,方法也多次讲解,关键代码为:
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AN;//模拟输入
这里需要说明一下,ADC的通道与引脚的对应关系在STM32F4的数据手册可以查到,我们这里使用ADC1的通道5,在数据手册中的表格为:
这里我们把ADC1~ADC3的引脚与通道对应关系列出来, 16个外部源的对应关系如下表:
2)设置ADC的通用控制寄存器CCR,配置ADC输入时钟分频,模式为独立模式等。
在库函数中,初始化CCR寄存器是通过调用ADC_CommonInit来实现的:
void ADC_CommonInit(ADC_CommonInitTypeDef*ADC_CommonInitStruct)
这里我们不再李处初始化结构体成员变量,而是直接看实例。初始化实例为:
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode =ADC_Mode_Independent;//独立模式
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay= ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;
ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled;
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler =ADC_Prescaler_Div4;
ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化
第一个参数ADC_Mode用来设置是独立模式还是多重模式,这里我们选择独立模式。
第二个参数ADC_TwoSamplingDelay用来设置两个采样阶段之间的延迟周期数。这个比较好理解。取值范围为:ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles~ADC_TwoSamplingDelay_20Cycles。
第三个参数ADC_DMAAccessMode是DMA模式禁止或者使能相应DMA模式。
第四个参数ADC_Prescaler用来设置ADC预分频器。这个参数非常重要,这里我们设置分频系数为4分频ADC_Prescaler_Div4,保证ADC1的时钟频率不超过36MHz。
3)初始化ADC1参数,设置ADC1的转换分辨率,转换方式,对齐方式,以及规则序列等相关信息。
在设置完分通用控制参数之后,我们就可以开始ADC1的相关参数配置了,设置单次转换模式、触发方式选择、数据对齐方式等都在这一步实现。具体的使用函数为:
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx,ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)
初始化实例为:
ADC_InitStructure.ADC_Resolution =ADC_Resolution_12b;//12位模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =DISABLE;//非扫描模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE;//关闭连续转换
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge= ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
//禁止触发检测,使用软件触发
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign =ADC_DataAlign_Right;//右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion =1;//1个转换在规则序列中
ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//ADC初始化
第一个参数ADC_Resolution用来设置ADC转换分辨率。取值范围为:ADC_Resolution_6b,
ADC_Resolution_8b,ADC_Resolution_10b和ADC_Resolution_12b。
第二个参数ADC_ScanConvMode用来设置是否打开扫描模式。这里我们设置单次转换所以不打开扫描模式,值为DISABLE。
第三个参数ADC_ContinuousConvMode用来设置是单次转换模式还是连续转换模式,这里我们是单次,所以关闭连续转换模式,值为DISABLE。
第三个参数ADC_ExternalTrigConvEdge用来设置外部通道的触发使能和检测方式。这里我们直接禁止触发检测,使用软件触发。还可以设置为上升沿触发检测,下降沿触发检测以及上升沿和下降沿都触发检测。
第四个参数ADC_DataAlign 用来设置数据对齐方式。取值范围为右对齐
ADC_DataAlign_Right和左对齐ADC_DataAlign_Left。
第五个参数ADC_NbrOfConversion用来设置规则序列的长度,这里我们是单次转换,所以值为1即可。
实际上还有个参数ADC_ExternalTrigConv是用来为规则组选择外部事件。因为我们前面配置的是软件触发,所以这里我们可以不用配置。如果选择其他触发方式方式,这里需要配置。
4)开启AD转换器。
在设置完了以上信息后,我们就开启AD转换器了(通过ADC_CR2寄存器控制)。
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器
5)读取ADC值。
在上面的步骤完成后,ADC就算准备好了。接下来我们要做的就是设置规则序列1里面的通道,然后启动ADC转换。在转换结束后,读取转换结果值值就是了。
这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是:
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_Channel,
uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);
我们这里是规则序列中的第1个转换,同时采样周期为480,所以设置为:
ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_480Cycles );
软件开启ADC转换的方法是:
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能
开启转换之后,就可以获取转换ADC转换结果数据,方法是:
ADC_GetConversionValue(ADC1);
同时在AD转换中,我们还要根据状态寄存器的标志位来获取AD转换的各个状态信息。库函数获取AD转换的状态信息的函数是:
FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_FLAG)
比如我们要判断ADC1的转换是否结束,方法是:
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));//等待转换结束
这里还需要说明一下ADC的参考电压,探索者STM32F4开发板使用的是STM32F407ZGT6,该芯片只有Vref+参考电压引脚,Vref+的输入范围为:1.8~VDDA。探索者STM32F4开发板通过P7端口,来设置Vref+的参考电压,默认的我们是通过跳线帽将ref+接到VDDA,参考电压就是3.3V。如果大家想自己设置其他参考电压,将你的参考电压接在Vref+上就OK了(注意要共地)。另外,对于还有Vref-引脚的STM32F4芯片,直接就近将Vref-接VSSA就可以了。
本章我们的参考电压设置的是3.3V。
通过以上几个步骤的设置,我们就能正常的使用STM32F4的ADC1来执行AD转换操作了。
3. ADC实例
实现采集3.3V电压和GND电压,用串口打印出来
Adc.h
#ifndef _ADC_H_H_H #define _ADC_H_H_H #include "stm32f4xx_gpio.h" #include "stm32f4xx_rcc.h" #include "stm32f4xx_adc.h" void Adc_Init(void); //ADC通道初始化 u16 Get_Adc(u8 ch); //获得某个通道值 u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times);//得到某个通道给定次数采样的平均值 #endif
Adc.c
#include "adc.h" #include "delay.h" //初始化ADC void Adc_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure; ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);//使能GPIOA时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); //使能ADC1时钟 //先初始化ADC1通道5 IO口 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;//PA5 通道5 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;//模拟输入 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;//不带上下拉 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化 RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //ADC1复位 RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,DISABLE); //复位结束 ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立模式 ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay =ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//两个采样阶段之间的延迟5个时钟 ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;//DMA失能 ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;//预分频4分频。ADCCLK=PCLK2/4=84/4=21Mhz,ADC时钟最好不要超过36Mhz ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化 ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;//12位模式 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//关闭连续转换 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge =ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//禁止触发检测,使用软件触发 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign= ADC_DataAlign_Right;//右对齐 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;//1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1 ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//ADC初始化 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器 } //获得ADC值 //ch: @ref ADC_channels //通道值 0~16取值范围为:ADC_Channel_0~ADC_Channel_16 //返回值:转换结果 u16 Get_Adc(u8 ch) { ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_480Cycles ); //ADC1,ADC通道,480个周期,提高采样时间可以提高精确度 ADC_SoftwareStartConv(ADC1); //使能指定的ADC1的软件转换启动功能 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束 return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次ADC1规则组的转换结果 } u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times) { u32temp_val=0; u8t; for(t=0;t<times;t++) { temp_val+=Get_Adc(ch); delay_ms(5); } returntemp_val/times; }
Main.c
#include "led.h" #include "key.h" #include "delay.h" #include "uart.h" #include "exit.h" #include "iwdog.h" #include "pwm.h" void User_Delay(__IO uint32_t nCount) { while(nCount--) { } } static int count = 0; int main(void) { u16adcx; float temp; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); My_USART2_Init(); delay_init(168); printf("main test start\n"); Adc_Init(); while(1) { adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_5,20); temp=(float)adcx*(3.3/4096); printf("adc value:(%d) \n",adcx); delay_ms(250); } }