ADC-学习笔记 - 技术栈

文章目录

前言
一、逐次逼近型ADC
- [1.1 ADC是什么](#1.1 ADC是什么)
- [1.2 单片机里的ADC](#1.2 单片机里的ADC)
- [1.3 ADC的分辨率](#1.3 ADC的分辨率)
- [1.4 逐次逼近型ADC简介](#1.4 逐次逼近型ADC简介)
- [1.5 采样保持电路](#1.5 采样保持电路)
- [1.6 逐次逼近型 ADC示例](#1.6 逐次逼近型 ADC示例)
二、ADC模块的结构框图
- [2.1 ADC的多路复用](#2.1 ADC的多路复用)
- [2.2 ADC的常规序列](#2.2 ADC的常规序列)
- [2.3 ADC的注入序列](#2.3 ADC的注入序列)
- [2.4 常规序列和注入序列优先级的说明](#2.4 常规序列和注入序列优先级的说明)
三、采样时间和转换时间
- [3.1 ADC的时钟频率](#3.1 ADC的时钟频率)
- [3.2 转换时间的计算方法](#3.2 转换时间的计算方法)
- [3.3 采样时间和信号源内阻的关系](#3.3 采样时间和信号源内阻的关系)
- [3.4 信号源内阻的计算方法](#3.4 信号源内阻的计算方法)
- [3.5 采样时间的计算方法](#3.5 采样时间的计算方法)
四、常规序列单通道转换
- [4.1 实验介绍](#4.1 实验介绍)
- [4.2 实验顺序](#4.2 实验顺序)
- - [4.2.1 **步骤一：初始化IO引脚**](#4.2.1 步骤一：初始化IO引脚)
  - 4.2.2**步骤二：配置ADC的时钟**
  - [4.2.3 **步骤三：初始化ADC的基本参数**](#4.2.3 步骤三：初始化ADC的基本参数)
  - [4.2.4 步骤四：配置常规序列](#4.2.4 步骤四：配置常规序列)
  - [4.2.5 步骤五: 启动并读取转换结果](#4.2.5 步骤五: 启动并读取转换结果)
五、注入序列单通道转换
总结
附录
- 实验一代码
- 实验二代码

前言

ADC是STM32F1重要的片上外设，本文对逐次逼近型ADC，ADC模块的内部结构，采样时间和转换时间做了介绍。

此外，介绍了常规序列和注入序列，并分别做实验进行了验证，代码放在附录。

本文作为学习笔记，参考B站UP"铁头山羊视频"所写。

一、逐次逼近型ADC

1.1 ADC是什么

首先来看什么是模拟信号和数字信号

以气温为例，自然界中温度是随时间一直变化的，它连续不断，这种就是模拟信号。

气象站测量一天温度，会在每个时间段测量温度，然后记录，这样记录的温度是离散的，这种就是数字信号。

ADC（Analog-Digital Converter）模拟-数字转换器，就是一座桥梁。它的作用是将外部连续变化的模拟电压信号，按照一定的精度，转换成单片机能听懂的数字数值。

1.2 单片机里的ADC

STM32F1单片机内部有ADC外设，功能十分强大。

例如，STM32F103C8T6 它的ADC资源：ADC1、ADC2，10个外部输入通道。

它的主要参数为:

精度（分辨率） ：12位，逐次逼近型ADC。意味着它把 0V~3.3V 分成了 2 12 = 4095 2^{12} = 4095 212=4095份，数值范围0~4095。
输入电压范围：0~3.3V，如果我们要测量大于3.3V的电压，可以通过串联电阻分压的方法来测量，绝对不能直接高于3.3V的电压！
通道数：最多18个通道（16个外部GPIO引脚 + 1个内部温度传感器 + 1个内部参照电压）。
转换模式：单次转换（测一次就停）；连续转换（测完一次马上测下一次，不停歇）；扫描模式（一次性测量多个通道）。

1.3 ADC的分辨率

"采样深度"通常指的是ADC的分辨率（Resolution），也叫位宽（Bit Depth）。它决定了ADC测量的"精细程度"。

我们可以把它想象成一把尺子。

假设要测量 0V 到 3.3V 的电压：

（1）如果采样深度很低（比如 2-bit） ，系统只能把 0-3.3V 分成 2 2 = 4 2^2 = 4 22=4份，尺子的刻度非常稀疏：0 V，1.1 V，2.2 V，3.3 V。如果输入1.5 V，ADC可能读出"1.1V"或者"2.2V"，误差巨大。

（2）如果采样深度很高（比如 STM32F1 的 12-bit） ，系统把 0-3.3V 分成了 2 12 = 4096 2^{12} = 4096 212=4096份，尺子刻度非常紧密，它能感知到极微小的电压变化。

ADC的采样深度越深，转换的结果越精细，采样深度是衡量ADC性能的重要指标。

1.4 逐次逼近型ADC简介

ADC的类型如上图所示，我们用的STM32F1（以及F4、H7等绝大多数单片机）内部集成的ADC，全部都是逐次逼近型的。

逐次逼近型ADC（Successive Approximation Register ADC，简称 SAR ADC）是嵌入式领域最常用的一种ADC架构。

逐次逼近型ADC的工作原理，本质上就是算法里的二分查找。

下面，我们以天平称重来理解它的工作原理

左盘放着未知的物品(比如69g)。

右盘放着砝码，由于我们不知道物品的重量，我们先放最重的砝码 ，也就是50g的砝码。这样处理的结果，天平往左倾斜。保留这个砝码，最高位记为 1。

接着，我们再加一个次重的砝码(25g)，现在右盘总重 = 50 g + 25 g = 75 g = 50g + 25g = 75g =50g+25g=75g，右盘重量大于左盘，天平右倾。我们要拿走这个砝码，第二位记为 0。

再加一个更轻的砝码(12.5g)，现在右盘总重 = 50 g + 12.5 g = 62.5 g = 50g + 12.5g = 62.5g =50g+12.5g=62.5g 小于左盘，天平还是左倾，保留这个砝码，第三位记为 1。

最后加上最小的砝码(6.25g)，现在右盘总重 = 50 g + 12.5 g + 6.25 g = 68.75 g = 50g + 12.5g + 6.25g= 68.75g =50g+12.5g+6.25g=68.75g 小于左盘，天平保持平衡微微左倾，可以认为左右两边近似相等，保留这个砝码，最低位记为 1。

我们得到的结果是1011,然后将这个数乘上对应的重量，就可以得出物品测出的重量68.75g。

从这个过程我们可以看出不同重量的砝码越多，测出的物体重量越精准，也就是单片机的ADC分辨率越高，转换的结果越精准。

STM32 芯片内部的 ADC 模块主要由三个部分组成来实现上述过程：

比较器 (Comparator) ：天平的指针。用来判断 V i n V_{in} Vin 是比 DAC电压大，还是小。
电压发生器：砝码生成器。它负责产生每一次"试探"的电压。
结果寄存器：操作员。它控制放哪个砝码，并记录最终的二进制数。

要比较电压的大小，首先要得到输入的模拟信号的大小，这一步由采样保持电路(Sample and Hold）完成，下面我们对它做出介绍。

1.5 采样保持电路

在STM32的芯片内部，ADC模块的入口处并不是直接连着那个复杂的"天平"（比较器），而是先连着一个微小的电容（通常只有几个皮法，pF级别）。

我们可以建立这样一个物理模型：

外部信号源：供水的大水管（电压高低代表水压大小）。
采样开关：水龙头（由单片机控制开关）。
内部采样电容 ( C A D C C_{ADC} CADC)：一个小量杯。
ADC转换核心 (SAR)：称重员。

ADC对信号的处理过程，严格分成了两步：

第一阶段：采样 (Sampling) ------ "打开水龙头"

单片机闭合内部的采样开关，外部引脚（GPIO）与内部的小电容连通了。

外部的电荷开始向内部电容充电。内部电容的电压（水位）会迅速上升，直到和外部引脚的电压完全相等 。

这个过程不是瞬间完成的！它需要时间（采样时间）。

第二阶段：保持 (Holding) ------ "关上水龙头，开始称重"

采样时间结束，单片机断开采样开关。内部小电容与外部世界彻底隔绝了。

这时候，哪怕外部引脚的电压突然变了（比如从2V变成了3V），内部小电容里的电压依然保持在断开那一瞬间的值（2V）。

SAR（逐次逼近逻辑）开始测量这个小电容上的电压。因为它很稳定，所以测量结果会很准。
这个过程也需要时间（转换时间）。

采样保持电路的作用，就是为了给"逐次逼近"过程提供一个静止不动的电压样本。 就像用相机拍照，快门一按（采样），画面定格（保持），然后你再慢慢去洗照片（转换）。

1.6 逐次逼近型 ADC示例

第一步：采样与保持

假设本次输入信号的电压为2.21V，采样保持电路的开关闭合， C A D C C_{ADC} CADC 充电。

经过合适的采样时间后， C A D C C_{ADC} CADC的电压与输入电压相等，断开开关。由于"虚断"，比较器的V+电压（即 C A D C C_{ADC} CADC的电压不变）。

第二步：逐步逼近输入电压

ADC模块开始工作，为了方便演示，我们假设结果寄存器一共有四位，将3.3V电压分成15份，每份大小为0.22V.最高位大小为 2 3 ∗ 0.22 v = 1.76 V 2^3 * 0.22v = 1.76V 23∗0.22v=1.76V，最低位大小为 2 0 ∗ 0.22 V = 0.22 V 2^0 * 0.22V = 0.22V 20∗0.22V=0.22V.

首先让 b 3 = 1 b3=1 b3=1，那么比较寄存器 V − = 1.76 V < V + = 2.21 V V_{-} = 1.76V < V_{+} = 2.21V V−=1.76V<V+=2.21V，所以保留这个砝码，b3记为1.

接着让 b 2 = 1 b2=1 b2=1，那么那么比较寄存器 V − = 1.76 V + 0.88 V = 2.64 V > V + = 2.21 V V_{-} = 1.76V+0.88V=2.64V > V_{+} = 2.21V V−=1.76V+0.88V=2.64V>V+=2.21V，所以拿走这个砝码，b2记为0.

然后让 b 3 = 1 b3=1 b3=1，那么那么比较寄存器 V − = 1.76 V + 0.44 V = 2.20 V < V + = 2.21 V V_{-} = 1.76V+0.44V=2.20V < V_{+} = 2.21V V−=1.76V+0.44V=2.20V<V+=2.21V，所以保留这个砝码，b1记为1.

最后让 b 4 = 1 b4=1 b4=1，那么那么比较寄存器 V − = 1.76 V + 0.44 V + 0.22 V = 2.42 V > V + = 2.21 V V_{-} = 1.76V+0.44V + 0.22V =2.42V > V_{+} = 2.21V V−=1.76V+0.44V+0.22V=2.42V>V+=2.21V，所以拿走这个砝码，b0记为0.

那么得结果寄存器里存储的值为1010，我们把它读出来，进行转换得出 1 ∗ 1.76 V + 0 ∗ 0.88 V + 1 ∗ 0.44 V + 0 ∗ 0.22 V = 2.20 V 1*1.76V + 0*0.88V + 1*0.44V + 0*0.22V = 2.20V 1∗1.76V+0∗0.88V+1∗0.44V+0∗0.22V=2.20V，ADC测得的电压为2.20V.

二、ADC模块的结构框图

2.1 ADC的多路复用

在STM32F1系列中，有ADC1 和 ADC2 两个外设资源 ,它们的关系非常像"双胞胎兄弟"。

从硬件结构 上看，它们的核心参数（12位精度、转换速度、SAR架构）是完全一样 的。但是，它们在功能定位和权限上有一些关键的区别。

简单总结就是：ADC1 是"老大哥"（主），ADC2 是"小老弟"（从） 。这里以ADC1来介绍STM32F1的ADC内部结构，它功能最全，配置最简单。

我们在介绍采样保持电路的时候说过有，内部这样一个开关，闭合开关，对输入信号进行采集。断开开关，电容 C A D C C_{ADC} CADC 两端电压不变，ADC模块逐渐逼近输入信号的大小。

我们将这个开关外提，把后面看成一个整体"逐次逼近型ADC"。

单片机不止一个引脚可以输入信号，我们把对应通道的开关闭合，就可以使用12位逐次逼近型ADC将模拟信号进行转换成数字信号，从结果寄存器中把数据读取出来即可。

比如，模拟信号1来了 ，我们闭合这一路开关，转换完成，将它从结果寄存器读取出来，断开开关；模拟信号2来了，我们将通道2开关闭合，等到转换完成，将它从结果寄存器读取出来。

这样，就实现了ADC的多路复用。

这里要注意，STM32F103C8T6的封装是LQFP-48 ，它没有PC0,PC1,PC2和PC3引脚 。

到此为止，上图红框部分内容介绍完毕，可以看出它没有通道10到通道13这几个引脚。

即12位逐次逼近型ADC的原理，采样与保持电路，多路复用。

上图所示为ADC的内部结构框图，上面为ADC的常规序列，下面为ADC的注入序列。其实二者的结构相差不大，接下来首先介绍ADC的常规序列。

2.2 ADC的常规序列

STM32 的 ADC 模块为了能同时有序地处理多个通道（比如同时测电压、温度、光照），把所有的测量任务分成了两个"工作组"：

常规序列 (Regular Group) ------ 就像"普通挂号"。

注入序列 (Injected Group) ------ 就像"急诊插队"。

把ADC的常规序列(Regular Group)单独拿出来看，这是我们平时最常用的模式。

这就像银行柜台前的普通排队队伍 ，最多可以安排 16 个通道排队。我们可以规定谁排第一（Rank 1），谁排第二（Rank 2）。ADC 会老老实实地按顺序一个个测。

比如这张表里，我们规定1)通道7，采样时间0.1us；2）通道8采样时间0.2us；3）通道9，采样时间0.1us

那么单片机的ADC在受到外部触发后，会依次采样通道7，通道8，通道9.

注意：STM32F1的常规序列虽然能排16个号，但只有一个数据寄存器。

当第1个通道转换完，数据放入寄存器；紧接着第2个通道转换完，会直接覆盖掉第1个通道的数据。如果你用常规序列转换多个通道，必须配合 DMA，后续再做介绍，这里先不考虑。

比如我们选择ADC常规序列的外部触发为TIM3_TRGO，对TIM3，将PSC设为71，计数器设为上计数，那么每 1us CNT的值+1；将ARR的值设为999，那么每1ms会触发update事件。

从模式控制器设为Update模式，那么每个Update事件，TRGO输出脉冲，即每隔1ms TIM3的TRGO向外输出脉冲 。

外部触发为TIM_TRGO，常规序列规定对通道7，采样0.1us；对通道8，采样时间0.2us；对通道9，采样时间0.1us。

按照这种设置，每0.1ms来一个外部触发TIM3_TRGO信号，ADC先对通道7进行采样，然后对通道8进行采样，再次对通道9进行采样，循环往复。

黄色部分为采样时间，通道8的采样时间最长。

2.3 ADC的注入序列

注入序列 (Injected Group) ，顾名思义，"注入"就是硬生生插进去的意思。它就像医院的急诊 VIP，或者马路上的救护车。

它与常规序列的使用基本相同，但有几点区别：

它数量更少，最多只能安排 4 个通道。
它自带寄存器，它有 4个独立的数据寄存器，每个通道有单独的结果寄存器，这是最大的优势。4个通道的数据各回各家，不会互相覆盖。所以读取注入组数据不需要DMA，直接读寄存器就行。
它的优先级更高，它可以打断"常规序列"。如果常规组正在干活，注入组来了，常规组必须暂停（Hold），等注入组测完这4个，常规组才能继续测剩下的。

2.4 常规序列和注入序列优先级的说明

这里举例说明常规序列和注入序列的优先级

常规序列选择 TIM3_TRGO 每1ms 触发一次，规定:（1）先采集ch0，采样时间 0.1 us （2）采集ch1，采样时间 0.2 us （3）采集ch2，采样时间 0.1 us

注入序列，选择软件启动，规定：（1）先采集ch3，采样时间 0.1 us （2）采集ch4，采样时间 0.1 us

开启ADC，受到常规序列外部触发，ADC依次对PA0进行采样，采样时间0.1us；对PA1进行采样，采样时间0.2us；对PA2进行采样，采样时间0.1us.

再下个周期，先受到常规序列外部触发，ADC依次对PA0进行采样，采样时间0.1us；对PA1进行采样，这里注入序列被触发，打断常规序列的采样，ADC对PA3进行采样，采样时间0.1us；对PA4进行采样，采样时间0.1us. 注入组测完，常规组继续测剩下的PA0和PA1。

第三个周期，注入序列没有触发信号，常规组正常工作。

有 DMA 配合常规序列不就无敌了吗？还要注入组干嘛？注入序列适合说明场景下使用呢？
场景一：电机控制（最经典用法）

在控制无刷电机时，需要在 PWM 波形的特定时刻 （比如高电平中间）去测量电流。这个时间点要求极其精确，不能等常规队伍慢慢排队。
做法：用定时器触发 ADC 的注入组。时间一到，立马插队测量电流，测完存在独立寄存器里，CPU 空了再去读。

场景二：紧急监测

常规组在循环扫描一般的传感器（温度、电位器），而注入组用来监测"过压保护"。
做法：一旦触发保护机制，注入组立即执行，CPU 可以在注入组的中断里第一时间关断电源。

场景三：简单的多通道采集（不想用 DMA）

如果你只想测 2-4 个通道，又觉得配置 DMA 太麻烦，代码太难写。
做法：直接把这几个通道配置到注入组。因为它们有独立寄存器，不会覆盖，所以你可以在转换完成后，依次去读 JDR1, JDR2... 既简单又安全。

三、采样时间和转换时间

在介绍ADC模块的时候，我们提到过，采样时间和转换时间的概念。

采样时间，开关闭合的时间长度，即给电容充电的时间。

转换时间，对采样点进行转换所消耗的时间。比较器V-端得出与V+端最接近的值，所消耗的时间。

3.1 ADC的时钟频率

ADC 是一个数字外设，它工作需要时钟脉冲。

它的时钟不是凭空产生的，而是来自 APB2 总线时钟（通常是 72MHz），经过一个分频器 (Prescaler) 降频得到的。

如图所示，标准库默认情况下，将各部分时钟频率设为最大值 。如图，APB2时钟频率为72MHz，但是STM32F1 的手册规定"ADC 的时钟频率不能超过 14 MHz"。如果超过 14MHz，ADC 的精度会大幅下降，测出来的数就不准了。

因此，我们需要对ADC模块的时钟频率进行分频。

系统时钟 (System Core Clock) = 72 MHz

APB2 总线时钟 (PCLK2) = 72 MHz

ADC 分频设置 ：

如果选择 /4： 72 / 4 = 18 M H z 72/4 = 18 MHz 72/4=18MHz，超频了，不推荐。
如果选择 /6： 72 / 6 = 12 M H z 72/6 = 12 MHz 72/6=12MHz，最佳选择，最接近 14MHz 且不超标 。

如果选择 /8： 72 / 8 = 9 M H z 72/8 = 9 MHz 72/8=9MHz，可以，但速度慢点。

结论，我们要对 ADC1 的时钟源APB2进行6分频，得到12 MHz的ADC时钟。

3.2 转换时间的计算方法

对于 STM32F1（12位分辨率），需要比较12次，也就是12个时钟周期(cycle)。类比就是调整砝码，我们的单片机有12个大小不同的砝码，我们要逐个比较。

0.5个额外的周期，没有明确的解释，那就按照默认的值设置。

转换时间 = 12 c y c l e + 0.5 c y c l e = 12.5 c y c l e 转换时间 = 12 cycle +0.5 cycle = 12.5 cycle 转换时间=12cycle+0.5cycle=12.5cycle

3.3 采样时间和信号源内阻的关系

回忆一下前面说的"小量杯（内部电容）"，采样时间就是打开水龙头给量杯注水的时间。

STM32F1 允许你针对每个通道独立设置采样时间，共有 8 种选择，它的大小与信号源内阻有关 。

如图所示，为18650动力电池。它的内阻一般在 10 m Ω 10mΩ 10mΩ，简化成右边的电路。

其实，对于任意的信号源（电信号），它都是有内阻的。

那么信号采样就可表示为上图。

信号源内阻越大，那么当采样电路的开关闭合时，流过的电流就越小，则电容 C A D C C_{ADC} CADC充电速度下降，采样时间也就越长。

小结：信号源内阻越大，采样周期越长。

3.4 信号源内阻的计算方法

我们接下来会用光敏传感器做实验，STM32的模拟输入连接AO引脚，进行ADC转换。

从光敏传感器模块的电路图可以看出，光敏电阻R2与10K的电阻R1串联，我们要的信号是A0引脚的输出，那么如何确定光敏传感器模块的内阻呢（信号源内阻）。

对于左图，我们将其化简，得到中间的图形，R1与R2是串联关系，AO的电压即R2两端的电压， U A O = V C C ∗ R 2 / ( R 1 + R 2 ) U_{AO} = VCC *R_{2}/(R_1+R_2) UAO=VCC∗R2/(R1+R2)。

利用戴维南等效定理，将VCC短路，那么从AO看过去，R1和R2是并联关系，算出等效电阻 R = R 1 / / R 2 R=R_1 // R_2 R=R1//R2，如右图所示。因为R1=10K，R2与R1是并联关系，所以等效电阻R的值必定小于等于10K，那我们取R=10K.

3.5 采样时间的计算方法

查看数据手册DS5319，信号源内阻的计算公式如上图所示，我们将其变形，得到下面采样时间的计算公式 。

信号源内阻，需要我们自行计算，在3.4节，我们算出等效电阻R=10K，这里信号源内阻我们按10K算。

ADC采样电阻，ADC采样电容，采样深度需要查看数据手册，这里的值是根据数据手册给出。

STM32F1 的手册规定，ADC 的时钟频率不能超过 14 MHz。时钟频率我们选择6分频，将其设置为了12MHz。

由此，得出采样时间为10.24 cycle。

注意，之前的转换时间是12.5 cycle。

总转换时间 = 采样时间 + 转换时间总转换时间 = 采样时间 + 转换时间总转换时间=采样时间+转换时间

四、常规序列单通道转换

4.1 实验介绍

本次实验，我们用单片机的ADC1 测量光敏传感器的AO输出，光照强，光敏电阻减小，AO输出电压低，我们点亮板载LED；否则熄灭LED。

拟采用常规序列，单通道，软件触发进行转换，使用通道0采样AO信号。

4.2 实验顺序

4.2.1 步骤一：初始化IO引脚

我们应该将PA0配置为模拟输入，其它三种输入为数字模式。

4.2.2步骤二：配置ADC的时钟

如之前介绍的一样，我们要对ADC1的分频器设置为6分频，这样，ADC1的时钟频率为12MHz，才能符合单片机的规定。

4.2.3 步骤三：初始化ADC的基本参数

ADC模块的相关接口如上图所示，我们这次用到的是通用和常规序列相关接口。

1.ADC_ContinuousConvMode (连续转换模式)

作用：决定是转换一次就停止，还是一直不停地转换。

取值：

DISABLE：单次转换。触发一次，转换一次，然后停止。下一次转换需要再次触发。

ENABLE：连续转换。触发开启后，ADC 会一轮接一轮地不停转换，直到软件停止。

2.ADC_DataAlign (数据对齐方式)

作用：STM32 的 ADC 通常是 12 位的，但数据寄存器是 16 位的，数据放左边还是右边，稍后做出说明。

3.ADC_ExternalTrigConv (外部触发选择)

作用：决定是什么信号启动 ADC 转换。

常见值：

ADC_ExternalTrigConv_None：软件触发（最常用）。通过代码 ADC_SoftwareStartConvCmd 启动。

ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1 等：由定时器（Timer）或外部中断线（EXTI）的信号触发转换。

4.ADC_Mode (ADC 工作模式)

作用：设置 ADC 是独立工作，还是与其他 ADC（如 ADC1 和 ADC2）配合工作。

常见值：

ADC_Mode_Independent：独立模式（最常用）。ADC1、ADC2 各自独立工作，互不干扰。

ADC_Mode_RegInjecSimult、ADC_Mode_RegSimult 等：双 ADC 模式（同步注入、同步规则等），用于同时采集或交替采集以提高采样率。

5.ADC_NbrOfChannel (转换通道数量)

作用：规定了规则组（Regular Group）中有多少个通道需要转换。

取值：1 到 16。
注意：仅在扫描模式下该值才有实际意义；非扫描模式下通常设为 1。

6.ADC_ScanConvMode (扫描模式)

作用：决定是只转换一个通道，还是扫描一组通道。

取值：

DISABLE：单通道模式。只转换规则组里的第一个通道。

ENABLE：扫描模式。会依次转换规则组中配置的所有通道（由 ADC_NbrOfChannel 指定数量）。
注意：如果使用多通道，必须开启此模式，并且通常配合 DMA 读取数据，防止数据被覆盖。

我们的单片机是12位逐次逼近型ADC，存放数据的寄存器是16位的，那么就有左对齐和右对齐两种对齐方式。

按照使用习惯，我们一般选择右对齐，读取到的值即为 0~4095。

小结：我们要配置ADC1，使用独立模式，单次转换，软件触发，右对齐。

4.2.4 步骤四：配置常规序列

首先，通过 ADC_RegularChannelConfig 函数指定"通道0"排在序列的"第1位"，采样时间为之前计算的10.24cycle,我们取最接近的参数，ADC_SampleTime_13Cycles5。

其次，闭合外部触发开关。

最后，闭合ADC的总开关。

4.2.5 步骤五: 启动并读取转换结果

在main函数中，

首先，对EOC标志位清零

其次，通过软件启动方式发送脉冲，即ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

接着，等待常规序列转换完成 while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,AD_FLAG_EOC) == RESET);

最后，读取转换的结果，uint16_t adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1); 读取后 EOC 会自动清除

把读出的结果转换成实际电压，
测得的电压寄存器读到的实际值 = 单片机的电压单片机寄存器的量程 \frac{测得的电压}{寄存器读到的实际值} = \frac{单片机的电压}{单片机寄存器的量程} 寄存器读到的实际值测得的电压=单片机寄存器的量程单片机的电压

测得的电压寄存器读到的实际值 = 3.3 V 2 12 − 1 \frac{测得的电压}{寄存器读到的实际值} = \frac{3.3V}{2^{12}-1} 寄存器读到的实际值测得的电压=212−13.3V

测得的电压 = 寄存器读到的实际值 ∗ 3.3 V 4095 测得的电压 = 寄存器读到的实际值*\frac{3.3V}{4095} 测得的电压=寄存器读到的实际值∗40953.3V

实验现象:

用串口打印出来数据,白天光照好，光敏电阻组织小，AO电压小；遮住光敏电阻，阻值会变大。

光照弱，板载LED灭；光照强，板载LED亮，实验成功。

五、注入序列单通道转换

在第四章，我们使用ADC的常规序列进行了单通道转换的实验。

本章，我们使用ADC的注入序列，继续用光敏传感器完成单通道的转换，触发方式选择TIM1_TRGO触发，步骤大部分与常规序列相同。

要使用TIM1_TRGO触发，首先要对TIM1的时基单元进行配置，然后从模式控制器的TRGO选择为Update模式。效果为每来一个TRGO脉冲，单片机对通道0进行采样和转换。

下面说明配置定时器1的TRGO，我们设计每1ms产生一个TRGO信号。

那么将PSC设为71，得到1MHz的时钟，即每1us计数值CNT+1，讲ARR设为999，RCR设为0，那么每1ms产生一次Update事件。从模式控制器的TRGO设为Update模式，那么每1ms产生一个脉冲信号。

上图是注入序列的编程接口，与常规序列不同，（1）这里要另外设置注入序列的长度（2）另外选择注入序列外部触发信号（3）另外使能注入序列的外部触发。

将第四章代码稍作修改，即可完成，实验现象如下。

我们用串口将数据发送到电脑上，使用VOFA观察波形变化，不停地遮挡光敏电阻，它的波形如图所示.

不遮挡时电压为1V左右，遮挡后，电压为3v左右，符合预期，实验完成。

注意，调用串口向VOFA打印数据，发送的内容里只能是数据，不能有其它字符，不然能VOFA虽然接收数据，但是波形一直是0，可能会乱码。

总结

以上就是本文全部内容，如果想使用扫描模式，即同时对通道0和通道1的模拟信号进行转换 ，建议采用常规序列+DMA；或者直接使用注入序列，因为它每个通道有单独的寄存器，数据不会被其它通道覆盖。

关于连续模式，ADC的连续转换模式：ADC 一旦启动转换，完成一次后立即自动开始下一次转换，周而复始，直到软件手动停止它。它需要配合DMA进行使用。后面会补充这部分内容。

至此，ADC的学习完成，STM32标准库的视频也独立复现了一遍，也算跟着山羊哥入门了STM32，对各个模块有了清晰的认识。

接下来，会开始做小项目，愿明年的这个时候，有个好的结果！！！

附录

实验一代码

这里放上第四章常规序列单通道转换的代码，串口部分使用的是我封装好的代码，使用的是USART1，会附在后面，可以看我之前的笔记，也可以看铁头山羊B站的视频，讲的无比清晰。

main函数

c 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "ADC.h"
#include "usart.h"

void OnBoardLED_Init(void);

int main(void)
{
	usart_Init();
	OnBoardLED_Init();
	MyADC1_Init();
	
	while(1)
	{
		//#1.清除EOC标志位
		ADC_ClearFlag(ADC1, ADC_FLAG_EOC);
		
		//#2.通过软件启动方式发送脉冲
		ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
		
		//#3.等待常规序列转换完成
		uint16_t Timeout=10000;
		
		while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==RESET){
			Timeout--;
			if(Timeout<=0){
				break;//超时跳出,避免死机
			}
		}
		
		
		//#4.读取转换的结果
		uint16_t adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1);
		
		float voltage = adc_value * 3.3f / 4095.0f;
		
		//#5.实验现象
		if(voltage>=1.5){
			GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);//光照弱,灭灯
		}else{
			GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);//光照强,亮灯
		}
		
		My_USART_Printf(USART1, "当前电压为:%.3f V\r\n",voltage);
	}	
}



/*
简介:初始化板载LED
*/
void OnBoardLED_Init(void){
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct ={0};
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
	
	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);
}

ADC.c文件

c 复制代码

#include "ADC.h"

/*
简介:ADC1常规序列单通道转换
*/
void MyADC1_Init(void){
	//#1.开启ADC1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//设置分频器的分频系数(6分频)
	
	//#2.初始化PA0引脚,模拟输入
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	//#3.初始化ADC的基本参数
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct = {0};
	
	ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//单次转换
	ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立模式
	ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右对齐
	ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//软件触发
	ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;//转换通道数为1,非扫描模式通常设为1
	ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式,单通道模式
	
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStruct);
	
	//#4.配置常规序列
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_13Cycles5);//配置常规序列的通道
	
	ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1,ENABLE);//闭合外部触发开关
	
	//#5.闭合ADC的总开关
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
}

ADC.h文件

c 复制代码

#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H

#include "stm32f10x.h"                  // Device header


void MyADC1_Init(void);

#endif

usart.c文件

c 复制代码

#include "usart.h"

/*
@简介:初始化USART1模块
@参数:无
@返回值:无
*/
void usart_Init(void){
	//#1.初始化串口引脚,PA9-Tx-复用推挽输出,PA10-Rx-上拉输入
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	//#2.初始化USART模块
	//波特率115200，数据位长度8位,一位停止位,无校验位,收发双向,没有用到硬件流控制
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	
	USART_InitTypeDef USART_InitStruct = {0};
	
	USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;//波特率
	USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制
	USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//收发双向
	USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;//校验位
	USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//停止位
	USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据位长度
	
	USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);
	
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);//使能USART模块，闭合总开关
}



/*
@简介:使用串口一次性发送多个字节
@参数:USARTx -> 要使用的串口 
@参数:pData ->要发送的数据(数组)
@参数:Size -> 要发送数据的数量，单位是字节
@返回值:无
*/
void My_USART_SendBytes(USART_TypeDef* USARTx, const uint8_t* pData, uint16_t Size){
	for(uint16_t i=0; i<Size; i++){
		//#1.等待发送数据寄存器为空,当不为空(RESET)时,等待
		while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
		
		//#2.将要发送的数据写入发送数据寄存器当中
		USART_SendData(USARTx, pData[i]);
	}
	//#3.等待数据发送完毕,RESET说明没有完成,继续等待
	while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TC) == RESET);
}



/*
@简介:使用串口发送一个字节的数据
@参数:USARTx -> 要使用的串口
@参数:Data ->要发送的数据
@返回值:无
*/
void My_USART_SendByte(USART_TypeDef* USARTx, const uint8_t Data){
	My_USART_SendBytes(USARTx, &Data, 1);
}



/*
@简介:使用串口发送一个字符
@参数:USARTx -> 要使用的串口
@参数:C ->要发送的字符
@返回值:无
*/
void My_USART_SendChar(USART_TypeDef* USARTx, const char C){
	My_USART_SendBytes(USARTx, (const uint8_t*)&C, 1);
}



/*
@简介:使用串口发送字符串
@参数:USARTx -> 要使用的串口
@参数:Str ->要发送的字符串
@返回值:无
*/
void My_USART_SendString(USART_TypeDef *USARTx, const char *Str)
{
	My_USART_SendBytes(USARTx, (const uint8_t *)Str, strlen(Str));
}



/*
@简介：通过串口格式化打印字符串,这部分没懂怎么写的
@参数 USARTx：串口名称，如USART1, USART2, USART3 ...
@参数 Format：字符串的格式
@参数 ...   ：可变参数
*/
void My_USART_Printf(USART_TypeDef *USARTx, const char *Format, ...)
{
	char format_buffer[128];
	va_list argptr;
	
	__va_start(argptr, Format);
	
	vsprintf(format_buffer, Format, argptr);
	
	__va_end(argptr);
	
	My_USART_SendString(USARTx, format_buffer);
}




/*
@简介:完成printf的重定向
@参数:无
@返回值:无
*/
int fputc(int ch, FILE* f){
	//#1. 等待发送数据寄存器(TDR)为空
	while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
	
	//#2. 发送字符
	USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);
	
	return ch;
}



/*
@简介:接收数据,根据需要,进行修改
@参数:无
@返回值:无
*/
void usart_Receive(void){
	//#1.等待接收数据寄存器非空
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) == RESET);
	
	//#2.接收数据
	uint8_t byteEcvd = USART_ReceiveData(USART1);
	
	//#3.处理数据
	if(byteEcvd == '0'){
		GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);
	}else if(byteEcvd == '1'){
		GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);
	}
}

usart.h文件

c 复制代码

#ifndef __USART_H
#define __USART_H

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "stdarg.h"
#include "delay.h"

#define LINE_SEPERATOR_CR   0x00 // 回车 \r
#define LINE_SEPERATOR_LF   0x01 // 换行 \n
#define LINE_SEPERATOR_CRLF 0x02 // 回车+换行 \r\n

void usart_Init(void);
void My_USART_SendByte(USART_TypeDef* USARTx, const uint8_t Data);
void My_USART_SendBytes(USART_TypeDef* USARTx, const uint8_t* pData, uint16_t Size);
void My_USART_SendChar(USART_TypeDef* USARTx, const char C);
void My_USART_SendString(USART_TypeDef *USARTx, const char *Str);
void My_USART_Printf(USART_TypeDef *USARTx, const char *Format, ...);

void usart_Receive(void);

//没看懂这部分怎么写的,使用前调用delay.h头文件
//uint8_t My_USART_ReceiveByte(USART_TypeDef *USARTx);
//uint16_t My_USART_ReceiveBytes(USART_TypeDef *USARTx, uint8_t *pDataOut, uint16_t Size, int Timeout);
//int My_USART_ReceiveLine(USART_TypeDef *USARTx, char *pStrOut, uint16_t MaxLength, uint16_t LineSeperator, int Timeout);

#endif

实验二代码

串口usart的代码在实验一给出，这里不再重复。

main函数

c 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "ADC.h"
#include "usart.h"
#include "TIM1_TRGO.h"

void OnBoardLED_Init(void);

int main(void)
{
	usart_Init();
	OnBoardLED_Init();
	MyADC1_Init();
	MyTIM1_Init();
	
	while(1)
	{		
		//#1.等待注入序列转换完成
		uint16_t Timeout=10000;
		
		while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_JEOC)==RESET){
			Timeout--;
			if(Timeout<=0){
				break;//超时跳出,避免死机
			}
		}
		
		//#2.清除JEOC标志位
		ADC_ClearFlag(ADC1, ADC_FLAG_JEOC);
		
		//#3.读取转换的结果		
		uint16_t adc_value = ADC_GetInjectedConversionValue(ADC1,ADC_InjectedChannel_1);
		
		float voltage = adc_value * 3.3f / 4095.0f;
		
		
		//#5.实验现象
		if(voltage>=1.5){
			GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);//光照弱,灭灯
		}else{
			GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);//光照强,亮灯
		}
		
		My_USART_Printf(USART1, "%.3f\n",voltage);
	}	
}



/*
简介:初始化板载LED
*/
void OnBoardLED_Init(void){
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct ={0};
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
	
	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);
}

注入序列ADC.c文件

c 复制代码

#include "ADC.h"

/*
简介:ADC1注入序列,定时器触发
*/
void MyADC1_Init(void){
	//#1.开启ADC1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//设置分频器的分频系数(6分频)
	
	//#2.初始化PA0引脚,模拟输入
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	//#3.初始化ADC的基本参数
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct = {0};
	
	ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//单次转换
	ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立模式
	ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右对齐
	ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//软件触发
	ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;//转换通道数为1,非扫描模式通常设为1
	ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式,单通道模式
	
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStruct);
	
	//#4.配置注入序列	
	ADC_InjectedSequencerLengthConfig(ADC1,1);//设置注入序列的长度
	
	ADC_InjectedChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_13Cycles5);//配置注入序列的通道
	
	ADC_ExternalTrigInjectedConvConfig(ADC1,ADC_ExternalTrigInjecConv_T1_TRGO);//配置注入序列的触发源TIM1_TRGO
	ADC_ExternalTrigInjectedConvCmd(ADC1, ENABLE);//使能注入组的外部触发功能
	
	//#5.闭合ADC的总开关
	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
}

注入序列.h文件

c 复制代码

#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H

#include "stm32f10x.h"                  // Device header


void MyADC1_Init(void);

#endif

定时器TRGO的代码

c 复制代码

#include "TIM1_TRGO.h"

/*
简介:初始化TIM1,将其TRGO配置为Update模式
*/
void MyTIM1_Init(void){
	//#1.开启TIM1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);

	//#2.初始化时基单元
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct = {0};
	
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//上计数
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 1000-1;//重装载寄存器
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 72-1;//预分频器
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;//重复计数器
	
	TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseInitStruct);
	
	//#3.设置TRGO为Update模式
	TIM_SelectOutputTrigger(TIM1,TIM_TRGOSource_Update);
	
	
	//#4.使能TIM1
	TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);
}

定时器TRGO.h代码

c 复制代码

#ifndef __TIM1_TRGO_H
#define __TIM1_TRGO_H

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void MyTIM1_Init(void);

#endif