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?STM32之ADC實(shí)例（基于DMA方式）

文章出處：?jiǎn)纹瑱C(jī) 責(zé)任編輯：上?，F(xiàn)易電子元器件有限公司發(fā)表時(shí)間：2020-11-10

ADC簡(jiǎn)介：

ADC（Analog-to-Digital Converter，模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器）。也就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，在存儲(chǔ)或傳輸時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器幾乎必不可少。

STM32在片上集成的ADC外設(shè)非常強(qiáng)大，我使用的奮斗開(kāi)發(fā)板是STM32F103VET6,屬于增強(qiáng)型的CPU,它有18個(gè)通道，可測(cè)量16個(gè)外部和2個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。各通道的A/D轉(zhuǎn)換可以單次，連續(xù)，掃描或間斷模式執(zhí)行，ADC的結(jié)果可以左對(duì)齊或右對(duì)齊方式存儲(chǔ)在16位數(shù)據(jù)寄存器中。

ADC工作過(guò)程分析：

我們以ADC規(guī)則通道轉(zhuǎn)換過(guò)程來(lái)分析，如上圖，所有的器件都是圍繞中間的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器部分展開(kāi)的。它的左端VREF+,VREF- 等ADC參考電壓，ADCx_IN0 ~ ADCx_IN15為ADC的輸入信號(hào)通道，即某些GPIO引腳。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)這些通道被送到ADC器件，ADC器件需要收到觸發(fā)信號(hào)才開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如EXTI外部觸發(fā)，定時(shí)器觸發(fā)，也可以使用軟件觸發(fā)。ADC部件接受到觸發(fā)信號(hào)后，在ADCCLK時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下對(duì)輸入通道的信號(hào)進(jìn)行采樣，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，其中ADCCLK是來(lái)自ADC預(yù)分頻器。

ADC部件轉(zhuǎn)換后的數(shù)值被保存到一個(gè)16位的規(guī)則通道數(shù)據(jù)寄存器（或注入通道數(shù)據(jù)寄存器）中，我們可以通過(guò)CPU指令或DMA把它讀到內(nèi)存（變量），模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，可以出發(fā)DMA請(qǐng)求或者觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束事件，如果配置了模擬看門狗，并且采集的電壓大于閾值，會(huì)觸發(fā)看門狗中斷。

其實(shí)對(duì)于ADC采樣，軟件編程主要就是ADC的配置，當(dāng)然我是基于DMA方式的，所以DMA的配置也是關(guān)鍵！話不多說(shuō)看代碼!

主函數(shù)：main.c

#include "printf.h"

#include "adc.h"

#include "stm32f10x.h"

extern __IO uint16_t ADC_ConvertedValue;

float ADC_ConvertedValueLocal;

void Delay(__IO uint32_t nCount)

{

for(;nCount !=0;nCount--);

}

int main(void)

{

printf_init();

adc_init();

printf("******This is a ADC test******\n");

while(1)

{

ADC_ConvertedValueLocal =(float) ADC_ConvertedValue/4096*3.3;

printf("The current AD value =0x%04X\n",ADC_ConvertedValue);

printf("The current AD value =%f V\n",ADC_ConvertedValueLocal);

Delay(0xffffee);

}

return 0;

}

注意ADC_ConvertedValueLocal保存了由轉(zhuǎn)換值計(jì)算出來(lái)的電壓值，計(jì)算公式是：實(shí)際電壓值=ADC轉(zhuǎn)換值 x LSB ，這里由于我的板子VREF+接的參考電壓為3.3V,所以LSB=3.3/4096，STM32的ADC的精度為12位。

ADC與DMA配置：adc.c

#include "adc.h"

volatile uint16_t ADC_ConvertedValue;

void adc_init()

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC"RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;

GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);

DMA_DeInit(DMA1_Channel1);

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;//ADC地址

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&ADC_ConvertedValue; //內(nèi)存地址

DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //方向(從外設(shè)到內(nèi)存)

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1; //傳輸內(nèi)容的大小

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外設(shè)地址固定

DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable; //內(nèi)存地址固定

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize =

DMA_PeripheralDataSize_HalfWord ; //外設(shè)數(shù)據(jù)單位

DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize =

DMA_MemoryDataSize_HalfWord ; //內(nèi)存數(shù)據(jù)單位

DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular ; //DMA模式：循環(huán)傳輸

DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High ; //優(yōu)先級(jí)：高

DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //禁止內(nèi)存到內(nèi)存的傳輸

DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure); //配置DMA1的4通道

DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //獨(dú)立ADC模式

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //禁止掃描方式

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

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //不使用外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //采集數(shù)據(jù)右對(duì)齊

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //要轉(zhuǎn)換的通道數(shù)目

ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);//配置ADC時(shí)鐘，為PCLK2的8分頻，即9Hz

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_11, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);//配置ADC1通道11為55.5個(gè)采樣周期

ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE);

ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);

ADC_ResetCalibration(ADC1);//復(fù)位校準(zhǔn)寄存器

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));//等待校準(zhǔn)寄存器復(fù)位完成

ADC_StartCalibration(ADC1);//ADC校準(zhǔn)

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//等待校準(zhǔn)完成

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//由于沒(méi)有采用外部觸發(fā)，所以使用軟件觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換

}

ADC配置還是比較簡(jiǎn)單的，畢竟只配置了單通道，還是分析一下吧!這里我是把ADC1的通道11使用的GPIO引腳PC1配置成模擬輸入模式,在作為ADC的輸入時(shí)，必須使用模擬輸入。對(duì)于ADC通道，每個(gè)ADC通道對(duì)應(yīng)一個(gè)GPIO引腳端口，GPIO的引腳在設(shè)為模擬輸入模式后可用于模擬電壓的輸入。STM32F103VET6有三個(gè)ADC,這三個(gè)ADC公用16個(gè)外部通道。

DMA的整體配置為：使用DMA1的通道1，數(shù)據(jù)從ADC外設(shè)的數(shù)據(jù)寄存器（ADC1_DR_Address）轉(zhuǎn)移到內(nèi)存（ADC_ConvertedValue變量），內(nèi)存外設(shè)地址都固定，每次傳輸?shù)拇笮榘胱郑?6位），使用DMA循環(huán)傳輸模式。

DMA傳輸?shù)耐庠O(shè)地址，也就是ADC1的地址為0x40012400+0x4c,這個(gè)地址可查STM32 datasheet獲得，如圖;

要特別注意ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間配置，由于ADC時(shí)鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換速度越快，那是不是就把ADC的時(shí)鐘頻率設(shè)的越大越好呢?其實(shí)不然，根據(jù)ADC時(shí)鐘圖可知，ADC時(shí)鐘有上限值，即不能超過(guò)14MHz,如圖：

這里ADC預(yù)分頻器的輸入為高速外設(shè)時(shí)鐘（PCLK2）,使用RCC_ADCCLKConfig()庫(kù)函數(shù)來(lái)設(shè)置ADC預(yù)分頻的分頻值，PCLK2常用時(shí)鐘為72MHz,而ADCCLK必須小于14MHz,所以這里ADCCLK為PCLK2的6分頻，即12MHz,而我的程序中只是隨便設(shè)為8分頻，9MHz,若希望ADC以最高頻率14MHz運(yùn)行，可以把PCLK2設(shè)置為56MHz,然后再4分頻得到ACCLK。

ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間不僅與ADC的時(shí)鐘有關(guān)，還與采樣周期有關(guān)。每個(gè)ADC通道可以設(shè)置為不同的采樣周期。STM32的ADC采樣時(shí)間計(jì)算公式為：

T=采樣周期+12.5個(gè)周期

公式中的采樣周期就是函數(shù)中配置的 ADC_SampleTime，而后邊加上的12.5個(gè)周期為固定值，則ADC1通道11的轉(zhuǎn)換時(shí)間為T=(55.5+12.5) x 1/9=7.56us。

補(bǔ)充：在adc.c文件中定義了ADC_ConvertedValue變量，要注意這個(gè)變量是由關(guān)鍵字volatile修飾的，volatile的作用是讓編譯器不要去優(yōu)化這個(gè)變量，這樣每次用到這個(gè)變量時(shí)都要回到相應(yīng)變量的內(nèi)存中去取值，而如果不使用volatile進(jìn)行修飾的話，ADC_ConvertedValue變量在被訪問(wèn)的時(shí)候可能會(huì)直接從CPU的寄存器中取出（因?yàn)橹霸撟兞勘辉L問(wèn)過(guò)，也就是說(shuō)之前就從內(nèi)存中取出ADC_ConvertedValue的值保存到某個(gè)CPU寄存器中），之所以直接從寄存器中去取值而不去內(nèi)存中取值，這是編譯器優(yōu)化代碼的結(jié)果（訪問(wèn)CPU寄存器比訪問(wèn)內(nèi)存快得多）。這里的CPU寄存器指R0,R1等CPU通用寄存器，用于CPU運(yùn)算及暫存數(shù)據(jù)，不是指外設(shè)中的寄存器。

因?yàn)锳DC_ConvertedValue這個(gè)變量值隨時(shí)都會(huì)被DMA控制器改變的，所以用volatile來(lái)修飾它，確保每次讀取到的都是實(shí)時(shí)ADC轉(zhuǎn)換值。

adc.h:

#ifndef _adc_H

#define _adc_H

#include "stm32f10x.h"

#include "stm32f10x_dma.h"

#include "stm32f10x_adc.h"

#define ADC1_DR_Address ((uint32_t)0x4001244c);

void adc_init(void);

#endif

效果圖：