一惦蚊、ADC簡介

ADC(Analog-to-Digital Converter)，即模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可以將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號逃贝，進(jìn)而使用數(shù)字電路進(jìn)行處理，稱之為數(shù)字信號處理迫摔。

STM32f103 系列有 3 個 ADC沐扳，精度為 12 位，每個 ADC 最多有 16 個外部通道句占。其中 ADC1 和 ADC2 都有 16 個外部通道沪摄，ADC3 根據(jù) CPU 引腳的不同通道數(shù)也不同，一般都有 8 個外部通道纱烘。各通道的A/D轉(zhuǎn)換可以單次杨拐、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行凹炸。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)寄存器中戏阅。模擬看門狗特性允許應(yīng)用程序檢測輸入電壓是否超出用戶定義的高/低閥值。ADC 的輸入時鐘不得超過14MHz啤它，它是由PCLK2經(jīng)分頻產(chǎn)生奕筐。

二、ADC通道選擇

STM32 的 ADC 多達(dá) 18 個通道变骡，其中外部的 16 個通道就是框圖中的 ADCx_IN0离赫、ADCx_IN1...ADCx_IN5。這 16 個通道對應(yīng)著不同的 IO 口塌碌，具體是哪一個 IO 口可以從手冊查詢到渊胸。其中 ADC1/2/3 還有內(nèi)部通道：ADC1 的通道 16 連接到了芯片內(nèi)部的溫度傳感器，Vrefint 連接到了通道 17台妆。ADC2 的模擬通道 16 和 17 連接到了內(nèi)部的 VSS翎猛。ADC3 的模擬通道 9胖翰、14、15切厘、16 和 17 連接到了內(nèi)部的 VSS萨咳。

三、引腳確定

開發(fā)板板載一個貼片滑動變阻器疫稿，引腳為 PC1培他，對應(yīng) ADC1 的通道 11

四、新建工程

1. 打開 STM32CubeMX 軟件遗座，點擊“新建工程”

2. 選擇 MCU 和封裝

3. 配置時鐘
RCC 設(shè)置舀凛，選擇 HSE(外部高速時鐘) 為 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷諧振器)

4. 配置調(diào)試模式
非常重要的一步，否則會造成第一次燒錄程序后續(xù)無法識別調(diào)試器
SYS 設(shè)置碎绎，選擇 Debug 為 Serial Wire

五螃壤、ADC1

5.1 參數(shù)配置

在 Analog 中選擇 ADC1 設(shè)置，并選擇 IN11 通道11

• ADCs_Common_Settings：
  • Mode：
    Independent mod 獨立 ADC 模式，當(dāng)使用一個 ADC 時是獨立模式日麸，使用兩個 ADC 時是雙模式寄啼，在雙模式下還有很多細(xì)分模式可選，具體配置 ADC_CR1:DUALMOD 位代箭。
• ADC_Settings：
  • Data Alignment：
    Right alignment 轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)右對齊墩划，一般我們選擇右對齊模式。
    Left alignment 轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)左對齊嗡综。
  • Scan Conversion Mode：
    Disabled 禁止掃描模式乙帮。如果是單通道 AD 轉(zhuǎn)換使用 DISABLE。
    Enabled 開啟掃描模式极景。如果是多通道 AD 轉(zhuǎn)換使用 ENABLE察净。
  • Continuous Conversion Mode：
    Disabled 單次轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換一次后停止需要手動控制才重新啟動轉(zhuǎn)換盼樟。
    Enabled 自動連續(xù)轉(zhuǎn)換氢卡。
  • DiscontinuousConvMode：
    Disabled 禁止間斷模式。這個在需要考慮功耗問題的產(chǎn)品中很有必要晨缴，也就是在某個事件觸發(fā)下译秦，開啟轉(zhuǎn)換。
    Enabled 開啟間斷模式。
• ADC_Regular_ConversionMode：
  Enable Regular Conversions 是否使能規(guī)則轉(zhuǎn)換筑悴。
  Number Of Conversion ADC轉(zhuǎn)換通道數(shù)目们拙，有幾個寫幾個就行。
  External Trigger Conversion Source 外部觸發(fā)選擇阁吝。這個有多個選擇睛竣，一般采用軟件觸發(fā)方式。
• Rank：
  Channel ADC轉(zhuǎn)換通道
  Sampling Time 采樣周期選擇求摇，采樣周期越短，ADC 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出周期就越短但數(shù)據(jù)精度也越低殊者，采樣周期越長与境，ADC 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出周期就越長同時數(shù)據(jù)精度越高。
• ADC_Injected_ConversionMode：
  Enable Injected Conversions 是否使能注入轉(zhuǎn)換猖吴。注入通道只有在規(guī)則通道存在時才會出現(xiàn)摔刁。
• WatchDog：
  Enable Analog WatchDog Mode 是否使能模擬看門狗中斷。當(dāng)被 ADC 轉(zhuǎn)換的模擬電壓低于低閾值或者高于高閾值時海蔽，就會產(chǎn)生中斷共屈。

5.2 配置NVIC

使能 ADC 中斷

5.3 ADC時鐘配置

ADC 的轉(zhuǎn)換時間跟 ADC 的輸入時鐘和采樣時間有關(guān)。
公式為：Tconv = 采樣時間 + 12.5 個周期党窜。當(dāng) ADCLK = 14MHZ （最高）拗引，采樣時間設(shè)置為 1.5 周期（最快），那么總的轉(zhuǎn)換時間（最短）Tconv = 1.5 周期 + 12.5 周期 = 14 周期 = 1us幌衣。
一般我們設(shè)置 PCLK2=72M矾削，經(jīng)過 ADC 預(yù)分頻器能分頻到最大的時鐘只能是 12M，采樣周期設(shè)置為 1.5 個周期豁护，算出最短的轉(zhuǎn)換時間為 1.17us哼凯，這個才是最常用的。

5.4 生成代碼

輸入項目名和項目路徑

六、獨立模式單通道采集中斷方式

單通道采集適用 AD 轉(zhuǎn)換完成中斷班缎，在中斷服務(wù)函數(shù)中讀取數(shù)據(jù)蝴光，不使用 DMA 傳輸，在多通道采集時才使用 DMA 傳輸吝梅。

6.1 修改中斷回調(diào)函數(shù)

打開 stm32f1xx_it.c 中斷服務(wù)函數(shù)文件虱疏，找到 ADC1 中斷的服務(wù)函數(shù) ADC1_2_IRQHandler()
中斷服務(wù)函數(shù)里面就調(diào)用了 ADC 中斷處理函數(shù) HAL_ADC_IRQHandler()

打開 stm32f1xx_hal_adc.c 文件，找到 ADC 中斷處理函數(shù)原型 HAL_ADC_IRQHandler()苏携，其主要作用就是判斷是哪個 ADC 產(chǎn)生中斷做瞪，清除中斷標(biāo)識位，然后調(diào)用中斷回調(diào)函數(shù) HAL_ADC_ConvCpltCallback()。

/* NOTE: This function Should not be modified, when the callback is needed,
the HAL_GPIO_EXTI_Callback could be implemented in the user file
*/
這個函數(shù)不應(yīng)該被改變装蓬，如果需要使用回調(diào)函數(shù)著拭，請重新在用戶文件中實現(xiàn)該函數(shù)。

HAL_ADC_ConvCpltCallback() 按照官方提示我們應(yīng)該再次定義該函數(shù)牍帚，__weak 是一個弱化標(biāo)識儡遮，帶有這個的函數(shù)就是一個弱化函數(shù)，就是你可以在其他地方寫一個名稱和參數(shù)都一模一樣的函數(shù)暗赶，編譯器就會忽略這一個函數(shù)鄙币，而去執(zhí)行你寫的那個函數(shù)；而 UNUSED(hadc) 蹂随，這就是一個防報錯的定義十嘿，當(dāng)傳進(jìn)來的ADC號沒有做任何處理的時候，編譯器也不會報出警告岳锁。其實我們在開發(fā)的時候已經(jīng)不需要去理會中斷服務(wù)函數(shù)了绩衷，只需要找到這個中斷回調(diào)函數(shù)并將其重寫即可而這個回調(diào)函數(shù)還有一點非常便利的地方這里沒有體現(xiàn)出來，就是當(dāng)同時有多個中斷使能的時候激率，STM32CubeMX會自動地將幾個中斷的服務(wù)函數(shù)規(guī)整到一起并調(diào)用一個回調(diào)函數(shù)咳燕，也就是無論幾個中斷，我們只需要重寫一個回調(diào)函并判斷傳進(jìn)來的定時器號即可乒躺。

接下來我們就在 stm32f1xx_it.c 這個文件的最下面添加 HAL_ADC_ConvCpltCallback()

/* USER CODE BEGIN EV */
extern __IO uint32_t ADC_ConvertedValue;
/* USER CODE END EV */

/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    ADC_ConvertedValue = HAL_ADC_GetValue(hadc);
}
/* USER CODE END 1 */

在中斷回調(diào)函數(shù)中進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)招盲，將數(shù)據(jù)存放在變量 ADC_ConvertedValue 中。

6.2 添加全局變量

在 main.c 定義相關(guān)變量聪蘸。

// ADC轉(zhuǎn)換值
__IO uint32_t ADC_ConvertedValue;
// 用于保存轉(zhuǎn)換計算后的電壓值     
float ADC_Vol;

6.3 添加ADC中斷啟動函數(shù)

在 main.c 中宪肖，while 循環(huán)前，ADC初始化后健爬，添加ADC中斷開啟函數(shù)控乾，這樣在第一次接收到數(shù)據(jù)的時候才會觸發(fā)中斷。

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* 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_USART1_UART_Init();
  MX_ADC1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);    //AD校準(zhǔn)
  HAL_ADC_Start_IT(&hadc1); //開啟ADC中斷轉(zhuǎn)換
  /* USER CODE END 2 */

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

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

6.4 添加電壓值轉(zhuǎn)換

模擬電壓經(jīng)過 ADC 轉(zhuǎn)換后娜遵，是一個 12 位的數(shù)字值蜕衡，如果通過串口以 16 進(jìn)制打印出來的話，可讀性比較差设拟，那么有時候我們就需要把數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成模擬電壓慨仿，也可以跟實際的模擬電壓（用萬用表測）對比，看看轉(zhuǎn)換是否準(zhǔn)確纳胧。
我們一般在設(shè)計原理圖的時候會把 ADC 的輸入電壓范圍設(shè)定在：0~3.3v镰吆，因為 ADC 是 12 位的，那么 12 位滿量程對應(yīng)的就是 3.3V跑慕，12 位滿量程對應(yīng)的數(shù)字值是：2^12万皿。數(shù)值 0 對應(yīng)的就是 0V摧找。如果轉(zhuǎn)換后的數(shù)值為 X ，X 對應(yīng)的模擬電壓為 Y牢硅，那么會有這么一個等式成立： 2^12 / 3.3 = X / Y蹬耘，=> Y = (3.3 * X ) / 2^12。

串口打印功能查看 STM32CubeMX學(xué)習(xí)筆記（6）——USART串口使用

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
      ADC_Vol =(float) ADC_ConvertedValue/4096*3.3; // 讀取轉(zhuǎn)換的AD倿
      printf("The current AD value = 0x%04X \r\n", ADC_ConvertedValue); 
      printf("The current AD value = %f V \r\n\r\n",ADC_Vol); //實際電壓倿
      HAL_Delay(1000); 
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

6.5 HAL庫與標(biāo)準(zhǔn)庫代碼比較

STM32CubeMX 使用 HAL 庫生成的代碼：

__IO uint32_t ADC_ConvertedValue;

/**
  * @brief ADC1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_ADC1_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 0 */

  /* USER CODE END ADC1_Init 0 */

  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 1 */

  /* USER CODE END ADC1_Init 1 */
  /** Common config
  */
  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Configure Regular Channel
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_11;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_55CYCLES_5;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 */

  /* USER CODE END ADC1_Init 2 */
}

/**
  * @brief This function handles ADC1 and ADC2 global interrupts.
  */
void ADC1_2_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN ADC1_2_IRQn 0 */

  /* USER CODE END ADC1_2_IRQn 0 */
  HAL_ADC_IRQHandler(&hadc1);
  /* USER CODE BEGIN ADC1_2_IRQn 1 */

  /* USER CODE END ADC1_2_IRQn 1 */
}

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    ADC_ConvertedValue = HAL_ADC_GetValue(hadc);
}

HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
HAL_ADC_Start_IT(&hadc1);

使用 STM32 標(biāo)準(zhǔn)庫的代碼：

__IO uint16_t ADC_ConvertedValue;

/**
  * @brief  ADC GPIO 初始化
  * @param  無
  * @retval 無
  */
static void ADCx_GPIO_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 打開 ADC IO端口時鐘
    ADC_GPIO_APBxClock_FUN ( ADC_GPIO_CLK, ENABLE );
    
    // 配置 ADC IO 引腳模式
    // 必須為模擬輸入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    
    // 初始化 ADC IO
    GPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);               
}

/**
  * @brief  配置ADC工作模式
  * @param  無
  * @retval 無
  */
static void ADCx_Mode_Config(void)
{
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;  

    // 打開ADC時鐘
    ADC_APBxClock_FUN ( ADC_CLK, ENABLE );
    
    // ADC 模式配置
    // 只使用一個ADC减余，屬于獨立模式
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    
    // 禁止掃描模式综苔，多通道才要，單通道不需要
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE ; 

    // 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

    // 不用外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換位岔，軟件開啟即可
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

    // 轉(zhuǎn)換結(jié)果右對齊
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    
    // 轉(zhuǎn)換通道1個
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; 
        
    // 初始化ADC
    ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStructure);
    
    // 配置ADC時鐘為PCLK2的8分頻如筛，即9MHz
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); 
    
    // 配置 ADC 通道轉(zhuǎn)換順序和采樣時間
    ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_CHANNEL, 1, 
                             ADC_SampleTime_55Cycles5);
    
    // ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中讀取轉(zhuǎn)換值
    ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC, ENABLE);
    
    // 開啟ADC 抒抬，并開始轉(zhuǎn)換
    ADC_Cmd(ADCx, ENABLE);
    
    // 初始化ADC 校準(zhǔn)寄存器  
    ADC_ResetCalibration(ADCx);
    // 等待校準(zhǔn)寄存器初始化完成
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADCx));
    
    // ADC開始校準(zhǔn)
    ADC_StartCalibration(ADCx);
    // 等待校準(zhǔn)完成
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));
    
    // 由于沒有采用外部觸發(fā)妙黍，所以使用軟件觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換 
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);
}

static void ADC_NVIC_Config(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  // 優(yōu)先級分組
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

  // 配置中斷優(yōu)先級
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ADC_IRQ;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

/**
  * @brief  ADC初始化
  * @param  無
  * @retval 無
  */
void ADCx_Init(void)
{
    ADCx_GPIO_Config();
    ADCx_Mode_Config();
    ADC_NVIC_Config();
}

void ADC_IRQHandler(void)
{   
    if (ADC_GetITStatus(ADCx,ADC_IT_EOC)==SET) 
    {
        // 讀取ADC的轉(zhuǎn)換值
        ADC_ConvertedValue = ADC_GetConversionValue(ADCx);
    }
    ADC_ClearITPendingBit(ADCx,ADC_IT_EOC);
}

MX_ADC1_Init(); 對應(yīng) ADCx_GPIO_Config();ADCx_Mode_Config();ADC_NVIC_Config();
HAL_ADC_Init(&hadc1) 對應(yīng) ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStructure)
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1); 對應(yīng) ADC_StartCalibration(ADCx);
HAL_ADC_Start_IT(&hadc1); 對應(yīng) ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC, ENABLE);
HAL_ADC_GetValue(hadc); 對應(yīng) ADC_GetConversionValue(ADCx);

七、注意事項

用戶代碼要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之間瞧剖，否則下次使用 STM32CubeMX 重新生成代碼后，會被刪除可免。

? 由 Leung 寫于 2021 年 1 月 19 日

? 參考：STM32CubeMX系列教程7:模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)
　　　　《嵌入式-STM32開發(fā)指南》第二部分 基礎(chǔ)篇 - 第8章 模擬輸入輸出-ADC（HAL庫）