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简介
自然界的信号几乎都是模拟信号，比如光亮、温度、压力、声音，而为了方便存储、处理，计算机里面都是数字的 0/1 信号，将模拟信号（连续信号）转换为数字信号（离散信号）的器件就叫模数转换器(Analogto-Digital Converter， ADC)
按原理可分为：并行比较型 A/D 转换器(FLASH ADC)、逐次比较型 A/D 转换器(SAR ADC)和双积分式 A/D转换器(Double Integral ADC)。
A/D转换过程通常为4步：采样、保持、量化和编码
采样是对模拟信号周期性地抽取样值，使模拟信号转化为时间上离散的脉冲信号。采样频率（ fS）越高，采样越密集，采样值越多，也就越接近模拟信号。
ADC的主要有三个性能指标：分辨率、转换时间和转换精度
分辨率：又称为转换精度， 指ADC能分辨的最小电压，通常使用二进制有效位表示，反应了ADC对输入模拟量微小变化的分辨能力。当最大输入电压一定时，位数越多，量化单位越小，误差越小，分辨率越高。
转换时间：其倒数为转换速率，指ADC从控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经历的时间。转换时间通常与ADC类型有关。双积分型ADC的转换时间一般为几十毫秒，属于低速ADC；逐次逼近型ADC的转换时间一般为几十微妙，属于中速ADC；并联比较型ADC的转换时间一般为几十纳秒，属于高速ADC。
转换精度：指ADC输出的数字量所表示的模拟值与实际输入的模拟量之间的偏差，通常为1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB或1/2LSB。
stm32的adc
框图
STM32F10x系列内部有三个12位逐次逼近型ADC，拥有多达18个通道，可测量16个外部模拟输入源和2个内部信号源的A/D转换。每个通道的A/D转换可采用单次、连续、扫描或间断模式执行。 ADC的的转换结果为12位的二进制数，可按左对齐或右对齐存储在16位数据寄存器中。 ADC具有模拟看门狗特性，允许应用程序检测输入电压是否超过用户自定义的阈值上限或下限
①电压输入范围
ADC 输入范围为： VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。由 VREF-、 VREF+ 、 VDDA 、 VSSA、这四个外部引脚决定。引脚VDDA和VSSA为专门为模拟电路设计的独立电源，以过滤和屏蔽来自PCB上的毛刺和干扰。 ADC为提高转换精确度，使用VDDA和VSSA供电。一般把 VSSA 和 VREF- 接地，把 VREF+ 和 VDDA 接 3V3，得到 ADC 的输入电压范围为： 0~3.3V
②输入通道
电压怎么输入到 ADC？通过输入通道。ADCx_IN0~ADCx_IN15为ADC的输入信号通道，每个输入通道连接一个GPIO引脚。需要GPIO设置为对应模拟输入的复用模式，如下图为各ADC通道所对应引脚，STM32F103C8T6只有ADC1和ADC2。其中ADC1有两个内部通道：通道17连接内部参考电压VREFINT，通道16连接了芯片内部温度传感器
③ADC通道
当 ADC 的多个通道以任意顺序进行转换就诞生了成组转换，这里有两种成组转换类型：
规则组和注入组
规则通道组： 顾名思意，规则通道就是很规矩的意思，一般使用的就是这个通道。最多支持16个通道，在该组的ADC通道，根据序列寄存器SQRx（ x=1~3）的配置顺序，依次转换。
如果转换通道 16 想第一个转换，那么在 SQ1[4:0] 写 16 即可。 SQR2 控制着规则序列中的第 7 到第 12 个转换，对应的位为： SQ7[4:0]~SQ12[4:0]，如果转换通道 1 想第 8 个转换，则 SQ8[4:0] 写 1 即可，如果通道 6 想第 10 个转换，则SQ10[4:0] 写 6 即可。具体使用多少个通道，由 SQR1 的位 L[3:0] 决定。触 发 ADC 采 样 后 ，依次按规则通道序列的顺序采集
注入通道组： 可以理解为插入，插队的意思，是一种不安分的通道，类似中断，如果在规则通道转换过程中，有注入通道插队，那么就要先转换完注入通道，等注入通道转换完成后，再回到规则通道的转换流程，最多支持4个通道。如下图所示， JSQR控制通道顺序1~4，配置方法和规则组一样，当规则通道正在依次转换时， 可注入到转换序列中，优先转换。
如果 JL=00（1 个转换），那么转换的顺序是从JSQR4[4:0] 开始，而不是从 JSQR1[4:0] 开始，跟 SQR 刚好相反
④ADC触发
输入电压确定了，转换的顺序也设置好了，那接下来就该开始转换了。A/D转换需要触发信号才能开始工作，触发信号的产生方式通常有软件和外部触发。
软件触发：由软件编程控制，使能触发启动位；ADC 转换可以由 ADC 控制寄存器 2: ADC_CR2 的 ADON 这个位来控制，写 1 的时候开始转换，写 0 的时候停止转换
外部触发： 这个触发包括内部定时器触发和外部 IO 触发。触发源有很多，具体选择哪一种触发源，由 ADC 控制寄存器 2:ADC_CR2 的 EXTSEL[2:0]规则通道的触发源和JEXTSEL[2:0] 注入通道的触发源来控制。其中 ADC3 的规则转换和注入转换的触发源与 ADC1/2的有所不同，在框图上已经表示出来
⑤ADC中断
ADC在每个通道转换结束后，可产生相应的中断请求。
规则通道转换结束中断：
若ADC_CR1寄存器的EOCIE位被置1，注入通道或规则通道转换结束后，将产生EOC中断；
注入转换通道转换结束中断：
若ADC_CR1寄存器的JEOCIE位被置1，注入通道转换结束后，将产生JEOC中断；
模拟看门狗中断：
ADC 转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时，就会产生中断，若ADC_CR1寄存器的AWDIE位被置1。置高阈值是2.5V，超出阈值或低于阈值，将产生AWD中断。
⑥ADC数据
一切准备就绪后， ADC 转换后的数据根据转换组的不同，规则组的数据放在 ADC_DR 寄存器，注入组的数据放在 JDRx。
ADC转换的结果是一个12位的二进制数，而寄存器是16位的，因此涉及到数据对齐问题。 ADC对齐方式有左对齐和右对齐两种，通常使用右对齐方式，因为数据传输一般是从最低位开始（对应右边开始）。例如， 16位数据寄存器，数据采用右对齐方式，则转换的数据范围为0~212-1，即0~4095。ADC_CR2 的11 位 ALIGN 设置。
规则数据寄存器
寄存器 ADC_DR 只有一个，是一个 32 位的寄存器，低 16 位在单 ADC 时使用，高 16 位是在 ADC1 中双模式下保存 ADC2 转换的规则数据，双模式就是 ADC1 和 ADC2 同时使用。
规则通道可以有 16 个这么多，可规则数据寄存器只有一个，如果使用多通道转换，那转换的数据就全部都挤在了 DR 里面。所以当通道转换完成后就应该把数据取走，或者开启 DMA 模式，把数据传输到内存里面，不然就会造成数据的覆盖。最常用的做法就是开启 DMA 传输。注意，不是所有ADC的规则通道组转换结束后都能产生DMA请求，只有ADC1和ADC3能产生，ADC2转换数据可以在双ADC模式中使用ADC1的DMA请求。
注入数据寄存器
ADC 注入组最多有 4 个通道，刚好注入数据寄存器也有 4 个，每个通道对应着自己的寄存器，不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。
⑦ADC时钟
根据《参考手册》可知，时钟频率最大72MHZ，一般设置PCLK2=HCLK=72M，ADC可以是 2/4/6/8 分频，ADC最大工作频率为14MHz，所以一般用72MHz/6分频=12MHz
采样时间
A/D转换在采样时信号需要保持一段时间，采样时间越长，转换结果越稳定，但转换速率也就越慢。STM32的ADC每个通道的采样时间都可以进行设置，可设置为采样周期的1.5倍、 7.5倍、 13.5倍、 28.5倍、41.5倍、 55.5倍、 71.5倍或239.5倍，如果要达到最快的采样，那么应该设置采样周期为 1.5 个周期，这里说的周期就是 1/ADC_CLK。 ADC转换总时间可以表示为：
ADC的四种转换模式
单次模式： ADC只执行一次转换；
连续模式：当前ADC转换结束后，立即进入下一个转换；
扫描模式：用来扫描一组通道。通道可以来自规则通道组，也可来自注入通道组。开启扫描模式后，ADC将自动扫描该组所有通道，如此时转换模式设置为单次转换，则扫描本组所有通道后， ADC自动停止；若将转换模式设置为连续模式，则在扫描本组所有通道后，再从第一个通道开始扫描；
间断模式：用来间歇转换一组通道。通道可以来自规则通道组，也可来自注入通道组。假设该组包含0、 1、 2、 3、 5、 6、 7、 8，共8个通道，而设置转换通道数为3，则第一次触发，转换0、 1、 2通道；第二次触发，转换3、 5、 6通道；第三次触发，转换7、 8通道，并产生EOC中断；
hal库代码
// ADC 通道宏定义
#define ADC_IN_CHANNEL ADC_CHANNEL_16
ADC_HandleTypeDef hadc1;
DMA_HandleTypeDef hdma;
/*初始化ADC1的参数：触发方式、数据格式、转换模式，通道配置及其采样时间*/
void adc1_in_16_init(void)
{
ADC_ChannelConfTypeDef sconfig;
hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;/*选择ADC采集到的数据对齐格式，这里设置为右对齐*/
hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;/* 失能ADC的扫描模式，只涉及一个ADC，无需对通道组进行扫描；*/
hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;/*失能ADC连续转换模式，不需要该ADC连续转换，只采集一次*/
hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;/*使能ScanConvMode的情况下， 用于设置规则通道转换序列数，因为扫描模式被禁用，所以ADC只会执行单个通道的转换。*/
hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;/*失能规则组转换序列的间断模式，不需要间断扫描；*/
hadc1.Init.NbrOfDiscConversion = 1;/*通道间转换次数。在启用间断转换模式的情况下，这个值表示在一个转换序列中，ADC会在多少个通道之间进行转换。在这里设定为1，表示ADC会在一个通道上进行一次转换*/
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;/*外部触发源的选择(软件触发ADC采样)*/
HAL_ADC_Init(&hadc1);
sconfig.Channel = ADC_IN_CHANNEL;/*设置ADC（模数转换器）的输入通道*/
sconfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;/*放在规则通道组的第一个转换位置*/
sconfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_7CYCLES_5;/*采样时间*/
HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1,&sconfig);
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);/*启动ADC的校准过程*/
}
void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};
/*配置的外设时钟选择为ADC外设*/
PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC;
/* 选择 ADC 时钟源 72MHz/6=12MHz*/
PeriphClkInit.AdcClockSelection = RCC_ADCPCLK2_DIV6;
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit);
if(hadc->Instance == ADC1)
{
__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE(); // 使能ADC1的时钟
}
}
标准库代码
// ADC GPIO宏定义
// 注意：用作ADC采集的IO必须没有复用，否则采集电压会有影响
#define ADC_PORT GPIOB
#define ADC_PIN GPIO_Pin_0
// ADC 通道宏定义
#define ADC_CHANNEL ADC_Channel_8
void ad_config(void)
{
ADC_APBxClock_FUN(ADC_CLK,ENABLE);
/*规则组的 输入通道,序列、采样时间，这里采样时间为55.5个周期*/
ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_CHANNEL,1,ADC_SampleTime_1Cycles5);
ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;/*独立模式*/
ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;/*数据右对齐*/
ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;/*不使用外部触发，内部软件触发*/
ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;/*连续enable或单次disable*/
ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;/*enable扫描或非扫描disable*/
ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;/*扫描模式下用的几个通道1-16,非扫描只有序列第一个有校*/
ADC_Init(ADCx,&ADC_InitStruct);
ADC_Cmd(ADCx, ENABLE);
/*手册建议上电后要校准*/
ADC_ResetCalibration(ADCx);/*开始复位校准*/
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADCx));/*等待复位完成标志位,0表示复位校准完成*/
ADC_StartCalibration(ADCx);/*开始校准*/
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));/*完成标志位*/
}
void ad_init(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
/*adc clk时钟配置,6分频：adcclk = 72mhz/6 = 12mhz*/
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;/*模拟输入*/
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = ADC_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(ADC_PORT,&GPIO_InitStruct);
ad_config();
}