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51c嵌入式~单片机~合集4

article 2025/1/7 19:32:03

我自己的原文哦~   https://blog.51cto.com/whaosoft/12868932

一、时钟失效之后，STM32还能运行？

问题：

该问题由某客户提出，发生在 STM32F103VDT6 器件上。据其工程师讲述：在其产品的设计中，STM32 的 HSE 外接 8MHz 的晶体产生振荡，然后通过 STM32 内部的PLL 倍频到 72MHz，作为 STM32 的系统时钟，驱动芯片工作。在 STM32 片外有专用的看门狗芯片，监控 STM32 的运行。STM32 内部的软件会在 STM32 的某个管脚上产生脉冲来复位看门狗。一旦 STM32 没有及时的产生脉冲来复位门狗，则看门狗会认为 STM32 运行不正常，从而复位 STM32。在对该产品做可靠性测试时，进行了对看门狗监控时钟失效能力的测试。STM32时钟文章推荐:​​详解STM32的时钟系统，收藏了​​。​​[付费]STM32嵌入式资料包​​

    测试的方法是：将 HSE 外接的晶体的两个端子接地，使其停止振荡，从而验证看门狗能否做出对 STM32 的做出复位动作。试验结果表明，看门狗没有产生复位动作。进一步测试发现，STM32 在失效情况下仍在向看门狗发送复位脉冲。

调研：

重复测试，确认其所述现象属实。检查软件代码，确认其软件没有开启 STM32 的 CSS功能。修改代码，将 PLL 的二分频从 STM32 的 MCO 管脚送出，以方便用示波器观察。通过控制晶体的管脚是否接地来控制 HSE 是否振荡。当 HSE 正常振荡时，MCO 送出的信号频率为 36MHz，当 HSE 停止振荡时，MCO 送出的信号的频率在 1.7MHz 附近，如图（一）所示:

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通过调试器观察寄存器 RCC_CFGR 中的 SWS 控制控制位，其值为[10]，说明此时的系统时钟确实来自 PLL 的输出。

从 STM32F103VD 的数据手册中查找 PLL 相关的参数如表（一）：

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其中，PLL 的输出频率范围是 16MHz – 72MHz。也就是说，PLL 在处于相位锁定的状态下，可以输出 16MHz – 72MHz 的时钟信号。而当输入信号频率过低而导致输出信号频率低于 16MHz 时，将可能处于失锁的状态。在这状态下，它的输出信号的频率与输入信号的频率之间，不一定符合所设定的倍频与分频关系。更确切的说，不能通过公式:

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得出“输入信号频率为零时，输出信号频率也为零”这样的结论。这一点与实测的结果相吻合。

结论：

STM32 的 PLL 在没有输入信号的情况下，仍能维持在最低的频点处振荡，产生输出。以至，CPU 及其它外设仍能在 PLL 送出的时钟的驱动下运行。所以，通过判断有无时钟来驱动 CPU 执行指令的方式来判断 HSE 是否失效是行不通的。

处理：

对软件做如下修改：

1. 在软件的初始化部分，开启 STM32 的 CSS 功能；

2. 修改 NMI 中断服务程序，加入 while(1) 陷阱语句；

开启 CSS 功能后，当 HSE 失效时，STM32 会自动开启 HSI，并将系统时钟的来源切换到HSI 的输出，同时产生 NMI 中断。这样，程序的流程将停留在 NMI 中而不能产生复位片外的看门狗的脉冲。当片外看门狗溢出后，就会复位 STM32，使其恢复到正常驻的状。

建议：

STM32 中的 CSS 功能是专门为检测和处理 HSE 失效而设计的。但该功能在 STM32 复位后是被禁止的，须要软件对其使能才会发挥作用。当 CSS 单元检测到 HSE 失效时，它会使能 HSI,并将系统时钟切换到 HSI。同时，它会关闭 HSE，如果 PLL 的输入信号来自 HSE的输出，它也会关闭 PLL。CSS 单元在做时钟调整的同时，也会产生一个 NMI 中断请求，和一个送给高级定时器的刹车信号。NMI 中断请求会产生一个 NMI 中断，以便用户程序可以在中断服务程序中做紧急处理，而刹车信号则是使高级定时器进入刹车状态，以防止由其控制的电机驱动桥臂由于失去控制而过流。用户程序可以在 NMI 中断服务程序中尝试恢复 HSE 及 PLL 的功能，也可以使用陷阱让程序的流程停留在服务程序中，从而等待看门狗复位整个系统。

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二、单片机程序又跑飞?! 三种跑飞现象分析

 在编写单片机程序的时候，由于中断服务程序写的不好，导致单片机程序总是跑飞，最后费了好长时间，花了很大功夫才找到问题原因，由此总结了单片机程序跑飞的三种现象、原因及解决方法。

1 数组越界/溢出

现象：

    单片机程序在函数中运行时，总是在运行到函数末尾，要跳出函数时，程序跑飞。

原因：

    数组越界（数组溢出），函数中定义的数组元素的个数小于程序中实际使用的数组元素的个数，例如在函数中定义了一个数组ucDataBuff[10]，这个数组只有10个元素，但是在函数中却有这样的语句ucDataBuff[10]=0x1a,这个语句是给数组的第11个元素赋值，：由于定义的数组只有10个元素，从而导致赋值语句中不知道把0x1a放到什么地方，从而导致程序跑飞。

解决方法：

    如果在调试程序时，发现程序总是在函数执行完毕时跑飞，多数情况是发生了数组越界（数组溢出）的错误，仔细检查函数中调用的数组是否存在越界（溢出）的情况。

2 中断服务程序缺失

现象：

    程序运行过程中总是跑飞。

原因：

    程序中打开了某个中断，但是却没有相应的中断服务程序，从而导致在中断发生后，找不到中断服务程序入口，从而导致程序跑飞。

解决方法：

    检查程序中是否存在打开了某个中断，但是没有相对应的中断服务程序。

3 看门狗复位

现象：

    在执行一段较为耗费时间的程序时，程序跑飞，并且总是跳到复位位置处。

原因：

    程序中使用了看门狗，但是没有及时“喂狗”，从而导致看门狗复位，使程序直接跳到复位位置。

解决方法：

    根据程序运行时间，尤其是一定要计算清楚最耗时的那段程序的运行时间，然后准确设置看门狗的复位时长，定时“喂狗”，尤其是如果有死循环的情况，一定要在死循环中记得“喂狗”。

三、梳理单片机学习方法、产品开发流程

 我们学习单片机的目的，就是为了进行嵌入式产品的开发。要想学好单片机，首先就得对流程有一个整体了解。

    本文，先简要介绍一下单片机应用系统的开发流程。

单片机系统开发流程

    上图是单片机系统开发流程框图。

1 明确任务

    分析和了解项目的总体要求，并综合考虑系统使用环境、可靠性要求、可维护性及产品的成本等因素，制定出可行的性能指标。

2 划分软、硬件功能

    单片机系统由软件和硬件两部分组成。在应用系统中，有些功能既可由硬件来实现，也可以用软件来完成。硬件的使用可以提高系统的实时性和可靠性;使用软件实现，可以降低系统成本，简化硬件结构。因此在总体考虑时，必须综合分析以上因素，合理地制定硬件和软件任务的比例。

3 确定希望使用的单片机及其他关键部件

    根据硬件设计任务，选择能够满足系统需求并且性价比高的单片机及其他关键器件，如​​A/D​​、D/A转换器、传感器、放大器等，这些器件需要满足系统精度、速度以及可靠性等方面的要求。

4 硬件设计

    根据总体设计要求，以及选定的单片机及关键器件，利用Protel等软件设计出应用系统的电路原理图。

5 软件设计

    在系统整体设计和硬件设计的基础上，确定软件系统的程序结构并划分功能模块，然后进行各模块程序设计。

    单片机程序设计语言可分为三类：

  • 机器语言 ：又称为二进制目标代码，是CPU硬件唯一能够直接识别的语言(在设计CPU时就已经确定其代码的含义)。人们要计算机所执行的所有操作，最终都必须转换成为相应的机器语言由CPU识别、控制执行。CPU系列不同，其机器语言代码的含义也不尽相同。相关文章，点击阅读：CPU怎么识别我们写的代码？
  • 汇编语言 ：由于机器语言必须转换为二进制代码描述，不便于记忆、使用和直接编写程序，为此产生了与机器语言相对应的汇编语言。用汇编语言编写的程序执行速度快，占用存储单元少，效率高。
  • 高级语言 ：高级语言具有很好的可读性，使程序的编写和操作都十分方便，目前广泛使用的高级语言是C51。

    汇编语言和高级语言都必须被翻译成机器语言之后才能被CPU识别。

6 仿真调试

    软件和硬件设计结束后，需要进行进行进入两者的整合调试阶段。为避免浪费资源，在生成实际电路板之前，可以利用Keil C51和Proteus软件进行系统仿真，出现问题可以及时修改。

7 系统调试

    完成系统仿真后，利用Protel等绘图软件，根据电路原理图绘制PCB（Printed Circuit Board）印刷电路板图，然后将PCB图交给相关厂商生产电路板。拿到电路板后，为便于更换器件和修改电路，可首先在电路板上焊接所需芯片插座，并利用编程器将程序写入单片机。

    接下来，将单片机及其他芯片插到相应的芯片插座中，接通电源及其他输入、输出设备，进行系统联调，直至调试成功。

8 测试修改、用户试用

    经测试检验符合要求后，将系统交给用户试用，对于出现的实际问题进行修改完善，系统开发完成。

单片机学习方法探讨

    单片机学习的过程应该是一个循序渐进、不断学习、不断积累的过程，大致分为三个阶段。

第一阶段：掌握开发单片机的必备基础知识

    首先是熟练掌握单片机的基本原理，虽然现在单片机厂商众多，但各家单片机的基本结构和原理都比较相近，例如内核结构、内存分配、中断处理、定时计数、串行通信、端口复用等一些最基本的概念和原理。

    除此之外，我们还需要学习模拟电子、数字电子、C语言程序开发以及原理图和PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）设计等知识。只有扎实的掌握了这些知识，在进行系统开发的时候，才能顺利地进行原理设计、PCB布板、程序编写、系统联调等工作。

第二阶段：研究其他单片机功能、特点

    在掌握好一款单片机原理和应用的基础上，开始学习其他各家单片机，了解其独有的功能和特点。

    例如实际工作中若客户要求低成本，那我们可以选用和泰、义隆、华邦等这类台湾芯片;如果客户要求工业级的性能，那么最好从PIC、NEC、飞思卡尔、NXP等这些欧美和日式单片机中选择;若要进行功耗的开发，选用MSP430系列应该有一定优势;在进行测量仪器设计的时候，C8051和AduC842这类数模混合芯片又显得比较实用。

    另外，平时要注意技术积累。在项目开发过程中将一些常用的接口程序和控制算法整理成模块或者函数，日后若在其他的项目开发中有同样或者接近的需求时，原程序可以直接或者进行少量改动后使用，这样一来会节约大量开发成本。

第三阶段：工作项目中积累经验

    在实际的项目开发过程中，不断深入研究单片机应用技术，不断积累应用行业的专业知识。

    有了扎实的单片机应用相关的基础知识，并且熟悉掌握了几款不同类型单片机的开发方法后，对于各种实际的应用项目，往往还需要理解和掌握外围电路相关的原理和分析方法，并结合实际的应用背景，综合考虑各种因素，才能设计出性能最优、结构最合理的单片机应用系统。

四、单片机裸机与RTOS多线程

   很多初学者都是从裸机开始学起，不能明白裸机和操作系统的区别。甚至有不少人认为用中断就能代替多任务处理，你认同吗？

裸机系统

    裸机系统通常分成轮询系统和前后台系统。

1 轮询系统

    轮询系统即是在裸机编程的时候，先初始化好相关的硬件，然后让主程序在一个死循环里面不断循环，顺序地做各种事情，大概的伪代码具体如代码清单所示：

int main(void)
{
  /* 硬件相关初始化 */
  HardWareInit();


  /* 无限循环 */
  for (;;) {
    /* 处理事情 1 */
    DoSomething1();


    /* 处理事情 2 */
    DoSomethingg2();


    /* 处理事情 3 */
    DoSomethingg3();
  }
}

    轮询系统是一种非常简单的软件结构，通常只适用于那些只需要顺序执行代码且不需要外部事件来驱动的就能完成的事情。在代码清单 1-1 中，如果只是实现 LED 翻转，串口输出，液晶显示等这些操作，那么使用轮询系统将会非常完美。但是，如果加入了按键操作等需要检测外部信号的事件，用来模拟紧急报警，那么整个系统的实时响应能力就不会那么好了。

    假设DoSomethingg3 是按键扫描，当外部按键被按下，相当于一个警报，这个时候，需要立马响 应 ， 并 做 紧 急 处 理 ， 而 这 个 时 候 程 序 刚 好 执 行 到 DoSomethingg1 ， 要 命 的 是DoSomethingg1 需要执行的时间比较久，久到按键释放之后都没有执行完毕，那么当执行到 DoSomethingg3 的时候就会丢失掉一次事件。足见，轮询系统只适合顺序执行的功能代码，当有外部事件驱动时，实时性就会降低。

2 前后台系统

    相比轮询系统，前后台系统是在轮询系统的基础上加入了中断。外部事件的响应在中断里面完成，事件的处理还是回到轮询系统中完成，中断在这里我们称为前台， main 函数里面的无限循环我们称为后台，大概的伪代码见代码清单所示：

int flag1 = 0;
int flag2 = 0;
int flag3 = 0;


int main(void)
{
  /* 硬件相关初始化 */
  HardWareInit();


  /* 无限循环 */
  for (;;) {
    if (flag1) {
      /* 处理事情 1 */
      DoSomething1();
    }


    if (flag2) {
      /* 处理事情 2 */
      DoSomethingg2();
    }


    if (flag3) {
      /* 处理事情 3 */
      DoSomethingg3();
    }
  }
}


void ISR1(void)
{
  /* 置位标志位 */
  flag1 = 1;
  /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理
  如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */
  DoSomething1();
}


void ISR2(void)
{
  /* 置位标志位 */
  flag2 = 2;


  /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理
  如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */
  DoSomething2();
}


void ISR3(void)
{
  /* 置位标志位 */
  flag3 = 1;
  /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理
  如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */
  DoSomething3();
}

    在顺序执行后台程序的时候，如果有中断来临，那么中断会打断后台程序的正常执行流，转而去执行中断服务程序，在中断服务程序里面标记事件，如果事件要处理的事情很简短，则可在中断服务程序里面处理，如果事件要处理的事情比较多，则返回到后台程序里面处理。

    虽然事件的响应和处理是分开了，但是事件的处理还是在后台里面顺序执行的，但相比轮询系统，前后台系统确保了事件不会丢失，再加上中断具有可嵌套的功能，这可以大大的提高程序的实时响应能力。在大多数的中小型项目中，前后台系统运用的好，堪称有操作系统的效果。

RTOS多线程

    相比前后台系统，多线程系统的事件响应也是在中断中完成的，但是事件的处理是在线程中完成的。在多线程系统中，线程跟中断一样，也具有优先级，优先级高的线程会被优先执行。

    当一个紧急的事件在中断被标记之后，如果事件对应的线程的优先级足够高，就会立马得到响应。相比前后台系统，多线程系统的实时性又被提高了。

    多线程系统大概的伪代码具体见代码清单所示：

int flag1 = 0;
int flag2 = 0;
int flag3 = 0;


int main(void)
{
  /* 硬件相关初始化 */
  HardWareInit();


  /* OS 初始化 */
  RTOSInit();


  /* OS 启动，开始多线程调度，不再返回 */
  RTOSStart();
}


void ISR1(void)
{
  /* 置位标志位 */
  flag1 = 1;
}


void ISR2(void)
{
  /* 置位标志位 */
  flag2 = 2;
}


void ISR3(void)
{
  /* 置位标志位 */
  flag3 = 1;
}


void DoSomething1(void)
{
  /* 无限循环，不能返回 */
  for (;;) {
    /* 线程实体 */
    if (flag1) {


    }
  }
}


void DoSomething2(void)
{
  /* 无限循环，不能返回 */
  for (;;) {
    /* 线程实体 */
    if (flag2) {


    }
  }
}


void DoSomething3(void)
{
  /* 无限循环，不能返回 */
  for (;;) {
    /* 线程实体 */
    if (flag3) {


    }
  }
}

    相比前后台系统中后台顺序执行的程序主体，在多线程系统中，根据程序的功能，我们把这个程序主体分割成一个个独立的，无限循环且不能返回的小程序，这个小程序我们称之为线程。

    每个线程都是独立的，互不干扰的，且具备自身的优先级，它由操作系统调度管理。加入操作系统后，我们在编程的时候不需要精心地去设计程序的执行流，不用担心每个功能模块之间是否存在干扰。

    加入了操作系统，我们的编程反而变得简单了。整个系统随之带来的额外开销就是操作系统占据的那一丁点的 FLASH 和 RAM。现如今，单片机的 FLASH 和 RAM 是越来越大，完全足以抵挡 RTOS 那点开销。

    轮询、前后台和多线程系统软件模型区别：

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五、STM32中的ADC

ADC简介

    STM32F103系列有3个ADC，精度为12位，每个ADC最多有16个外部通道。其中ADC1和ADC2都有16个外部通道，ADC3一般有8个外部通道，各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断执行，ADC转换的结果可以左对齐或右对齐储存在16位数据寄存器中。ADC的输入时钟不得超过14MHz，其时钟频率由PCLK2分频产生。

ADC功能框图讲解

    学习STM32开发板上的外设时首先要了解其外设的功能框图，如下：

图片

    功能框图可以大体分为7部分，下面一一讲解：

电压输入范围

    ADC所能测量的电压范围就是VREF- ≤ VIN ≤ VREF+，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。

输入通道

    ADC的信号输入就是通过通道来实现的，信号通过通道输入到单片机中，单片机经过转换后，将模拟信号输出为数字信号。STM32中的ADC有着18个通道，其中外部的16个通道已经在框图中标出，如下：

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    这16个通道对应着不同的IO口，此外ADC1/2/3 还有内部通道：ADC1 的通道 16 连接到了芯片内部的温度传感器， Vrefint 连接到了通道 17。ADC2 的模拟通道 16 和 17 连接到了内部的 VSS。

    ADC的全部通道如下图所示：

图片

    外部的16个通道在转换时又分为规则通道和注入通道，其中规则通道最多有16路，注入通道最多有4路（注入通道貌似使用不多），下面简单介绍一下两种通道：

    规则通道顾名思义就是，最平常的通道、也是最常用的通道，平时的ADC转换都是用规则通道实现的。

    注入通道是相对于规则通道的，注入通道可以在规则通道转换时，强行插入转换，相当于一个“中断通道”吧。当有注入通道需要转换时，规则通道的转换会停止，优先执行注入通道的转换，当注入通道的转换执行完毕后，再回到之前规则通道进行转换。

转换顺序

    知道了ADC的转换通道后，如果ADC只使用一个通道来转换，那就很简单，但如果是使用多个通道进行转换就涉及到一个先后顺序了，毕竟规则转换通道只有一个数据寄存器。多个通道的使用顺序分为俩种情况：规则通道的转换顺序和注入通道的转换顺序。

    规则通道中的转换顺序由三个寄存器控制：SQR1、SQR2、SQR3，它们都是32位寄存器。SQR寄存器控制着转换通道的数目和转换顺序，只要在对应的寄存器位SQx中写入相应的通道，这个通道就是第x个转换。具体的对应关系如下：

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    通过SQR1寄存器就能了解其转换顺序在寄存器上的实现了：

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    和规则通道转换顺序的控制一样，注入通道的转换也是通过注入寄存器来控制，只不过只有一个JSQR寄存器来控制，控制关系如下：

图片

    需要注意的是，只有当JL=4的时候，注入通道的转换顺序才会按照JSQ1、JSQ2、JSQ3、JSQ4的顺序执行。当JL<4时，注入通道的转换顺序恰恰相反，也就是执行顺序为：JSQ4、JSQ3、JSQ2、JSQ1。

    配置转换顺序的函数如下代码所示：

/**
  * @brief  Configures for the selected ADC regular channel its corresponding
  *         rank in the sequencer and its sample time.
  * @param  ADCx: where x can be 1, 2 or 3 to select the ADC peripheral.
  * @param  ADC_Channel: the ADC channel to configure. 
  *   This parameter can be one of the following values:
  *     @arg ADC_Channel_0: ADC Channel0 selected
  *     @arg ADC_Channel_1: ADC Channel1 selected
  *     @arg ADC_Channel_2: ADC Channel2 selected
  *     @arg ADC_Channel_3: ADC Channel3 selected
  *     @arg ADC_Channel_4: ADC Channel4 selected
  *     @arg ADC_Channel_5: ADC Channel5 selected
  *     @arg ADC_Channel_6: ADC Channel6 selected
  *     @arg ADC_Channel_7: ADC Channel7 selected
  *     @arg ADC_Channel_8: ADC Channel8 selected
  *     @arg ADC_Channel_9: ADC Channel9 selected
  *     @arg ADC_Channel_10: ADC Channel10 selected
  *     @arg ADC_Channel_11: ADC Channel11 selected
  *     @arg ADC_Channel_12: ADC Channel12 selected
  *     @arg ADC_Channel_13: ADC Channel13 selected
  *     @arg ADC_Channel_14: ADC Channel14 selected
  *     @arg ADC_Channel_15: ADC Channel15 selected
  *     @arg ADC_Channel_16: ADC Channel16 selected
  *     @arg ADC_Channel_17: ADC Channel17 selected
  * @param  Rank: The rank in the regular group sequencer. This parameter must be between 1 to 16.
  * @param  ADC_SampleTime: The sample time value to be set for the selected channel. 
  *   This parameter can be one of the following values:
  *     @arg ADC_SampleTime_1Cycles5: Sample time equal to 1.5 cycles
  *     @arg ADC_SampleTime_7Cycles5: Sample time equal to 7.5 cycles
  *     @arg ADC_SampleTime_13Cycles5: Sample time equal to 13.5 cycles
  *     @arg ADC_SampleTime_28Cycles5: Sample time equal to 28.5 cycles
  *     @arg ADC_SampleTime_41Cycles5: Sample time equal to 41.5 cycles
  *     @arg ADC_SampleTime_55Cycles5: Sample time equal to 55.5 cycles
  *     @arg ADC_SampleTime_71Cycles5: Sample time equal to 71.5 cycles
  *     @arg ADC_SampleTime_239Cycles5: Sample time equal to 239.5 cycles
  * @retval None
  */
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)
{
  函数内容略;
}

触发源

    ADC转换的输入、通道、转换顺序都已经说明了，但ADC转换是怎么触发的呢？就像通信协议一样，都要规定一个起始信号才能传输信息，ADC也需要一个触发信号来实行模/数转换。

    其一就是通过直接配置寄存器触发，通过配置控制寄存器CR2的ADON位，写1时开始转换，写0时停止转换。在程序运行过程中只要调用库函数，将CR2寄存器的ADON位置1就可以进行转换，比较好理解。

    另外，还可以通过内部定时器或者外部IO触发转换，也就是说可以利用内部时钟让ADC进行周期性的转换，也可以利用外部IO使ADC在需要时转换，具体的触发由控制寄存器CR2决定。

    在​​参考手册​​中可以找到，ADC_CR2寄存器的详情如下：

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转换时间

    还有一点，就是转换时间的问题，ADC的每一次信号转换都要时间，这个时间就是转换时间，转换时间由输入时钟和采样周期来决定。

    由于ADC在STM32中是挂载在APB2总线上的，所以ADC得时钟是由PCLK2（72MHz）经过分频得到的，分频因子由 RCC 时钟配置寄存器RCC_CFGR 的位 15:14 ADCPRE[1:0]设置，可以是 2/4/6/8 分频，一般配置分频因子为8，即8分频得到ADC的输入时钟频率为9MHz。

    采样周期是确立在输入时钟上的，配置采样周期可以确定使用多少个ADC时钟周期来对电压进行采样，采样的周期数可通过 ADC采样时间寄存器 ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 中的 SMP[2:0]位设置，ADC_SMPR2 控制的是通道 0~9， ADC_SMPR1 控制的是通道 10~17。每个通道可以配置不同的采样周期，但最小的采样周期是1.5个周期，也就是说如果想最快时间采样就设置采样周期为1.5.

转换时间=采样时间+12.5个周期

    12.5个周期是固定的，一般我们设置 PCLK2=72M，经过 ADC 预分频器能分频到最大的时钟只能是 12M，采样周期设置为 1.5 个周期，算出最短的转换时间为 1.17us。

数据寄存器

    转换完成后的数据就存放在数据寄存器中，但数据的存放也分为规则通道转换数据和注入通道转换数据的。

    规则数据寄存器负责存放规则通道转换的数据，通过32位寄存器ADC_DR来存放：

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    当使用ADC独立模式（也就是只使用一个ADC，可以使用多个通道）时，数据存放在低16位中，当使用ADC多模式时高16位存放ADC2的数据。需要注意的是ADC转换的精度是12位，而寄存器中有16个位来存放数据，所以要规定数据存放是左对齐还是右对齐。

    当使用多个通道转换数据时，会产生多个转换数据，然鹅数据寄存器只有一个，多个数据存放在一个寄存器中会覆盖数据导致ADC转换错误，所以我们经常在一个通道转换完成之后就立刻将数据取出来，方便下一个数据存放。一般开启DMA模式将转换的数据，传输在一个数组中，程序对数组读操作就可以得到转换的结果。

    DMA的使用之前介绍过，请移步此处：​​DMA介绍​​。

    注入通道转换的数据寄存器有4个，由于注入通道最多有4个，所以注入通道转换的数据都有固定的存放位置，不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。ADC_JDRx 是 32 位的，低 16 位有效，高 16 位保留，数据同样分为左对齐和右对齐，具体是以哪一种方式存放，由ADC_CR2 的 11 位 ALIGN 设置。

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中断

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        从框图中可以知道数据转换完成之后可以产生中断，有三种情况：

  • 规则通道数据转换完成之后，可以产生一个中断，可以在中断函数中读取规则数据寄存器的值。这也是单通道时读取数据的一种方法。
  • 注入通道数据转换完成之后，可以产生一个中断，并且也可以在中断中读取注入数据寄存器的值，达到读取数据的作用。
  • 当输入的模拟量（电压）不再阈值范围内就会产生看门狗事件，就是用来监视输入的模拟量是否正常。

    以上中断的配置都由ADC_SR寄存器决定：

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    当然，在转换完成之后也可以产生DMA请求，从而将转换好的数据从数据寄存器中读取到内存中。

电压转换

    要知道，转换后的数据是一个12位的二进制数，我们需要把这个二进制数代表的模拟量（电压）用数字表示出来。比如测量的电压范围是0~3.3V，转换后的二进制数是x，因为12位ADC在转换时将电压的范围大小（也就是3.3）分为4096（2^12）份，所以转换后的二进制数x代表的真实电压的计算方法就是：

y=3.3* x / 4096

初始化结构体

    每个外设的核心就是其对应的初始化结构体了，ADC的初始化结构体代码如下：

typedef struct
 {
uint32_t ADC_Mode; // ADC 工作模式选择
 FunctionalState ADC_ScanConvMode; // ADC 扫描（多通道）或者单次（单通道）模式选择 
 FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; // ADC 单次转换或者连续转换选择
uint32_t ADC_ExternalTrigConv; // ADC 转换触发信号选择
uint32_t ADC_DataAlign; // ADC 数据寄存器对齐格式
uint8_t ADC_NbrOfChannel; // ADC 采集通道数
 } ADC_InitTypeDef;

    通过配置初始化结构体来设置ADC的相关信息。

单通道电压采集

    用这个程序来简单熟练一下ADC的单通道电压采集吧，程序使用了ADC1的通道11，对应的IO口是PC^1，因为博主的开发板上PC ^1引脚没有任何复用，使用中断，在中断中读取转换的电压。

头文件

    为了提高文件的可移植性，头文件中定义了一些与ADC和中断相关的量，在移植程序的时候只需要修改头文件中的定义即可。

#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H
#include "stm32f10x.h"
/* 采用ADC1的通道11  引脚为PC^1 模式必须是模拟输入*/
#define ADC_GPIO_RCC     RCC_APB2Periph_GPIOC
#define ADC_GPIO_PORT    GPIOC
#define ADC_GPIO_PIN     GPIO_Pin_1
#define ADC_GPIO_MODE    GPIO_Mode_AIN  
/* 配置与中断有关的信息 */
#define ADC_IRQn         ADC1_2_IRQn
#define ADC_RCC          RCC_APB2Periph_ADC1
/* 配置ADC初始化结构体的宏定义 */
#define ADCx                          ADC1
#define ADCx_ContinuousConvMode       ENABLE                      //连续转换模式
#define ADCx_DataAlign                ADC_DataAlign_Right         //转换结果右对齐
#define ADCx_ExternalTrigConv         ADC_ExternalTrigConv_None      //不使用外部触发转换，采用软件触发
#define ADCx_Mode                     ADC_Mode_Independent        //只使用一个ADC，独立模式
#define ADCx_NbrOfChannel             1                          //一个转换通道
#define ADCx_ScanConvMode             DISABLE                     //禁止扫描模式，多通道时使用
/* 通道信息和采样周期 */
#define ADC_Channel                   ADC_Channel_11
#define ADC_SampleTime                ADC_SampleTime_55Cycles5
/* 函数声明 */
void ADC_COnfig(void);
void ADC_NVIC_Config(void);
void ADC_GPIO_Config(void);
void ADCx_Init(void);
#endif  /* __ADC_H */

引脚配置函数

    首先配置相应的GPIO引脚，毕竟模拟信号是通过GPIO引脚传输到开发板的，注意的是，引脚的模式一定要是模拟输入！

void ADC_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC_GPIO_RCC,  ENABLE);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = ADC_GPIO_PIN ;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = ADC_GPIO_MODE ;
GPIO_Init(ADC_GPIO_PORT , &GPIO_InitStruct);
}

    配置引脚就是老套路：声明结构体变量、开启时钟、写入结构体、初始化GPIO。

NVIC配置函数

    因为我们是在转换完成后利用中断，在中断函数中读取数据，所以要首先配置中断函数的优先级，因为程序中只有这一个中断，所以优先级的配置就比较随意。

void ADC_NVIC_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct ;
/* 配置中断优先级分组(设置抢占优先级和子优先级的分配)，在函数在misc.c */
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1) ;
/* 配置初始化结构体 在misc.h中 */
/* 配置中断源 在stm32f10x.h中 */
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = ADC_IRQn ;
/* 配置抢占优先级 */
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1 ;
/* 配置子优先级 */
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1 ;
/* 使能中断通道 */
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE ;
/* 调用初始化函数 */
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct) ;
}

ADC配置函数

    ADC的配置函数是ADC的精髓，在这个函数中包含的内容有：ADC的初始化结构体配置、配置了时钟分频、配置了通道转换顺序、打开转换中断、进行校准、软件触发ADC采集等。

    函数中都有详细的注释：

void ADC_COnfig(void)
{
  ADC_InitTypeDef  ADC_InitStruct;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC_RCC,  ENABLE);
/* 配置初始化结构体，详情见头文件 */
  ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ADCx_ContinuousConvMode  ;
  ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADCx_DataAlign ;
  ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADCx_ExternalTrigConv ;
  ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADCx_Mode ;
  ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = ADCx_NbrOfChannel ;
  ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = ADCx_ScanConvMode ;
  ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStruct);
/* 配置ADC时钟为8分频，即9M */
  RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
/* 配置ADC通道转换顺序和时间 */
  ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_Channel, 1, ADC_SampleTime );
/* 配置为转换结束后产生中断 在中断中读取信息 */
  ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC,ENABLE);
/* 开启ADC，进行转换 */
  ADC_Cmd(ADCx, ENABLE );
/* 重置ADC校准 */
  ADC_ResetCalibration(ADCx);
/* 等待初始化完成 */
while(ADC_GetResetCalibrationStatus( ADCx))
/* 开始校准 */
    ADC_StartCalibration(ADCx);
/* 等待校准完成 */
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));
/* 软件触发ADC转换 */
  ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);
}

中断函数

    在中断函数中进行读取数据，将数据存放在变量result中，此处使用关键字extern声明，代表变量result已经在其他文件中定义，关于extern的介绍在之前发的文章中有的介绍，具体请移步此处:​​extern关键字​​。

extern uint16_t resurt;
void ADC1_2_IRQHandler(void)
{
/* 判断产生中断请求 */
while(ADC_GetITStatus(ADCx, ADC_IT_EOC) == SET)
    resurt=ADC_GetConversionValue(ADCx);
/* 清除中断标志 */
  ADC_ClearITPendingBit(ADCx, ADC_IT_EOC);
}

主函数

    主函数负责接收转换的值，并将其转换为电压值，然后通过串口打印在计算机上，便于调试。

    变量result是主函数中的全局变量，注意最后的结果应该转换为浮点型。

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include "adc.h"
uint16_t result;
void delay(void)
{
uint16_t k=0xffff;
while(k--);
}
int main(void)
{
float voltage;
/* 串口调试函数 */
  DEBUG_USART_Config();
/* 与ADC相关的函数打包在此函数中 */
  ADCx_Init();
while(1)
  {
/* 强制转换为浮点型 */
    voltage = (float) result/4096*3.3;
printf("\n电压值为：%f\n",voltage);
    delay();
  }
}


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