STM32-ADC篇（基于stm32f103)

### STM32-ADC篇（基于stm32f103） #### 一、ADC概述 **ADC**，即**Analog-to-Digital Converter**，指的是模拟到数字转换器，是一种将连续变化的模拟信号转换成离散数字信号的电子元件。在现代电子系统中，ADC扮演着至关重要的角色，它使得模拟信号可以通过数字处理技术来进行分析和控制。 **1.1 什么是ADC?** ADC是电子设备中连接模拟世界与数字世界的桥梁，它的主要作用是将传感器或外部设备捕捉到的模拟信号转换为数字信号，进而通过微控制器或计算机进行处理。 **1.2 常见的ADC类型** 常见的ADC类型包括并联比较型、逐次逼近型、双积分型、∑-Δ型等。每种类型都有其特定的应用场景和技术特点。 **1.3 并联比较型ADC的工作原理** 并联比较型ADC通常包含分压部分、比较部分以及编码部分。其工作原理是将输入的模拟信号通过一系列电阻分压网络分成多个等级，并分别与基准电压进行比较。根据比较的结果，通过编码电路生成相应的数字输出。 **1.4 逐次逼近型ADC的工作原理** 逐次逼近型ADC是最常用的类型之一，它的核心部件包括控制电路、数码寄存器、D/A转换器和电压比较器。该类型的ADC首先对输入信号进行粗略估计，然后逐步细化直到达到所需精度。 **1.5 ADC的特性参数** - **分辨率**：表示ADC能辨别的最小模拟量，通常用二进制位数表示，如8位、10位、12位、16位等。 - **转换时间**：完成一次A/D转换所需的时间。 - **精度**：由最小刻度基础上叠加的各种误差决定，受ADC性能、环境因素（如温度、气压）的影响。 - **量化误差**：用数字量近似表示模拟量时产生的误差，通常采用四舍五入原则计算。 **1.6 STM32各系列ADC的主要特性** 不同系列的STM32微控制器具备不同的ADC特性，例如STM32F103系列支持12位分辨率，而更高级的STM32F4、F7和H7系列可能提供更高的分辨率和其他高级特性。 #### 二、ADC的工作原理 **2.1 ADC框图简介（F1/F4/F7/H7）** 对于STM32系列微控制器，ADC框图主要包括以下几个部分： - **参考电压/模拟部分电压**：VSSA、VDDA（2.4V≤VDDA≤3.6V）。 - **输入通道**：通常有多个模拟输入通道可以选择。 - **转换序列**：指定转换顺序的规则组和注入组。 - **触发源**：用于触发转换的外部或内部事件。 - **数据寄存器**：存储转换结果的寄存器。 - **中断**：用于处理转换完成等事件。 - **单次转换模式和连续转换模式**：不同的转换模式适用于不同的应用场景。 - **扫描模式**：当启用扫描模式时，ADC将按顺序转换所有选定的通道。 **2.2 参考电压/模拟部分电压** 参考电压决定了ADC的转换范围，例如STM32F103系列中，ADC输入电压范围为VREF–≤VIN≤VREF+（即0V≤VIN≤3.3V）。 **2.3 输入通道** STM32F103系列ADC支持多达16个规则通道和4个注入通道。 **2.4 转换序列** 转换序列分为规则组和注入组。规则组最多支持16个通道，而注入组最多支持4个通道。 **2.5 触发源** STM32F103系列的ADC支持软件触发和硬件触发两种方式。 **2.6 转换时间** 转换时间取决于ADC的工作时钟频率和采样时间。 **2.7 数据寄存器** 数据寄存器用于存储转换结果。规则数据寄存器为ADCx_DR，注入数据寄存器为ADCx_JDRy(y=1~4)。 **2.8 中断** STM32F103系列的ADC支持中断机制，可以用来处理转换完成等事件。 **2.9 单次转换模式和连续转换模式** - **单次转换模式**：只触发一次转换。 - **连续转换模式**：自动触发下一次转换。 **2.10 扫描模式** - **关闭扫描模式**：只转换ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的第一个通道。 - **使用扫描模式**：会扫描所有被ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的通道。 #### 三、实验实践 **3.1 单通道ADC采集实验** 本实验旨在演示如何使用STM32F103系列微控制器的ADC进行单通道数据采集，并通过DMA读取数据。 **3.2 ADC寄存器介绍** STM32F103系列的ADC寄存器主要包括控制寄存器、状态寄存器、采样时间寄存器等。 **3.3 单通道ADC采集实验配置步骤** 1. **配置ADC工作参数、ADC校准** 2. **ADC MSP初始化**：配置NVIC、CLOCK、GPIO等。 3. **配置ADC相应通道相关参数** 4. **启动A/D转换** 5. **等待规则通道转换完成** 6. **获取规则通道A/D转换结果** 使用HAL库函数实现上述步骤： - `HAL_ADC_Init()`、`HAL_ADCEx_Calibration_Start()` - `HAL_ADC_MspInit()`：配置NVIC、CLOCK、GPIO等。 - `HAL_ADC_ConfigChannel()` - `HAL_ADC_Start()` - `HAL_ADC_PollForConversion()` - `HAL_ADC_GetValue()` **3.4 编程实战：单通道ADC采集实验** 通过以上步骤，我们可以实现一个简单的ADC采集程序，具体实现细节需要参考STM32 HAL库文档。 **4.1 单通道ADC采集（DMA读取）实验** 本节进一步介绍了如何使用DMA读取ADC采集的数据，提高数据采集效率。 **4.2 单通道ADC采集（DMA读取）实验配置步骤** 1. **初始化DMA** 2. **将DMA和ADC句柄联系起来** 3. **配置ADC工作参数、ADC校准** 4. **启动DMA和ADC** 使用HAL库函数实现上述步骤： - `HAL_DMA_Init()` - `__HAL_LINKDMA()` - `HAL_ADC_Init()`、`HAL_ADCEx_Calibration_Start()` - `HAL_DMA_Start()`、`HAL_ADC_Start()` #### 四、课堂总结 通过本篇的学习，我们深入了解了STM32F103系列微控制器中ADC的工作原理及其配置方法。掌握了单通道ADC采集的基本操作，并通过实验验证了所学知识。同时，也学习了如何使用DMA提高ADC数据采集的速度。这些基础知识对于理解和设计基于STM32的嵌入式系统非常重要。