06-ADC

ADC简介  Analog-Digital Converter 模拟-数字转换器

ADC可以将引脚上连续变化的模拟电压转换为内存中存储的数字变量，建立模拟电路到数字电路的桥梁。

12位逐次逼近型ADC，1us转换时间；输入电压范围：0-3.3V，转换结果范围0-4095；18个输入通道，可测量16个外部和2个内部信号源；规则组和注入组两个转换单元；模拟看门狗自动检测输入电压范围。

        数字到模拟的桥梁：PWM或DAC。目前DAC的主要应用是在波形生成这些领域，比如信号发生器、音频解码芯片等。

ADC参数：分辨率、转换速度。输入电压范围。

        16个外部信号就是GPIO口，可在引脚上直接测模拟信号即可。2个内部信号时内部温度传感器和内部参考电压，温度传感器可以测量CPU的温度，内部参考电压是一个1.2V左右的基准电压，基准电压是不随外部供电电压变化而变化的。

        规则组和注入组两个转换单元，是STM32ADC的增强功能。普通的AD转换流程是，启动一次转换，读一次值，然后再启动，再读值。STM32的ADC可以列一个组，一次性启动一个组，连续转换多个值，并且有两个组，一个是用于常规使用的规则组，一个是用于突发事件的注入组。

        ADC可以用模拟看门狗来自动执行，模拟看门狗可以检测指定的某些通道，当AD值高于它设定的上阈值或者低于下阈值时，就会申请中断可以在中断函数里执行相应的操作。就不用不断地手动读值，再进行判断了。

逐次逼近型ADC0809

        逐次逼近型ADC0809的内部结构，了解这个结构对学习STM32的ADC帮助很大。在以前芯片集成功能不强的时候，需要外挂一个ADC芯片进行AD转换。

        左边IN0-IN7，是8路输入通道，通过通道选择开关，选中一路，输入到一点进行转换。地址锁存和译码是一个多路选择开关的作用。输入信号进入到比较器后，通过逐次逼近的方法来获取电压对应的编码数据。

        DAC内部使用加权电阻网络来实现的转换。如果DAC输出的电压比较大，就调小DAC数据，如果比较小，就增大DAC数据，直到DAC输出的电压和外部通道输入的电压近似相等。这样DAC输入的数据就是外部电压的编码数据。

        电压调节的过程是逐次逼近SAR来完成的，为了最快找到未知电压的编码，通常我们会使用二分法进行寻找，会发现128,64，32这些数据，正好是二进制每一位的位权，判断过程就是二进制从高位到低位依次判断是1还是0的过程。这就是逐次逼近型名字的由来。

EOC End Of Convert 转换结束信号；

START 开始转换，给一个输入脉冲，开始转换；

CLOCK 是ADC的时钟，因为ADC内部是一步一步进行判断的。 需要时钟来推动这个过程；

VREF+和VREF-是DAC的参考电压，参考电压决定ADC的输入范围。通常低要求时，参考电压的正极和VCC接到一起、参考电压的负极和GND接在一起。

STM32的ADC

一般手册里，每个外设的最前面都有一个整体的结构图，这个结构图是非常重要的，需要多花时间看看。

        左边IN0-IN15是ADC的16个GPIO外部输入通道;VREFINT （V Reference Internal），内部参考电压；温度传感器。总共18个通道，到一个模拟多路开关，指定我们想要选择的通道。进入模数转换器，执行逐次比较，将转换结果放在数据寄存器里，用户读取寄存器获取ADC转换数值。

        普通的ADC，多路开关一般只选中一个的。但是此ADC可以同时选中多个，而且在转换时还分成了两个组，规则通道组和注入通道组，其中规则组一次性最多选中16个通道，注入组最多可以选中4个通道。
举个例子：就像是去餐厅点菜，普通的ADC是指定一个菜，老板给你做，然后做好了送给你，这里就是指定一个菜单，这个菜单最多可以填16个菜，直接把菜单寄给老板，老板就按照菜单的顺序依次做好，一次性给你端上菜，这样的话可以大大提高效率，这样这个菜单就简化成普通的模式了。那对于这个菜单也有两种，一种规则组菜单，可以同时上16个菜，有个尴尬的地方，就是这个规则组只有一个数据寄存器，就是这个桌子比较小，最多只能放一个菜，如果要上16个菜，那不好意思，前15个菜都会被挤掉，只能得到第16个菜，所以对于规则组转换来说，如果使用这个菜单的话，最好配合DMA来实现，DMA是一个数据转运小帮手，它可以在每上一个菜之后，把这个菜挪到其他地方去，防止被覆盖。

规则组虽然可以同时转换16个通道，但是数据寄存器只能存一个结果，如果不想之前的结果被覆盖，那在转换之后，就要尽快把结果拿走。
注入组就比较高级了，相当于餐厅的VIP座，在这个座位上，一次性最多可以点4个菜，并且这里数据寄存器有4个，是可以同时上4个菜的，对于注入组而言，就不用担心数据覆盖的问题了，一般情况下，使用规则组就完全足够了。如果要使用规则组的菜单，那就再配合DMA转运数据，就不用担心数据覆盖的问题。

注入组的操作：涉及的不多，可以看手册自行了解。
规则组的操作：先看模数转换器外围的一些线路，首先左下角是触发转换的部分，也就是ADC0809的START信号，开始转换。
对于STM32的ADC，触发ADC开始转换的信号有两种，一种是软件触发，就是在程序中手动调用一条代码，就可以启动转换了；另一种是硬件触发，就是这里的这些触发源。上面是注入组的触发源，下面是规则组的触发源。这些触发源主要是来自于定时器，，有定时器的各个通道，还有TRGO定时器主模式的输出，定时器可以通向ADC、DAC这些外设，用于触发转换，因为ADC经常需要过一个固定时间段转换一次，比如每隔1ms转换一次。正常的思路就是用定时器，每隔1ms申请一次中断，在中断里手动开始一次转换，这样也是可以的。但是频繁进中断对我们的程序是由一定影响的。
比如有很多中断都需要频繁进入，那肯定会影响主程序的执行，并且不同中断之间，由于优先级的不同，也会导致某些中断不能及时得到响应。那我们ADC的转换频率就肯定会产生影响了，所以对于这种需要频繁进中断，并且在中断里只完成了简单工作的情况，一般都会有硬件的支持。
比如这里给TIM3定1ms的时间，并且把TIM3的更新事件选择为TRGO输出，然后在ADC这里，选择开始触发信号为TIM3的TRGO，这样TIM3的更新事件就能通过硬件自动触发ADC转换了，整个过程不需要进中断，节省了中断资源。这就是这里定时器的触发作用。
当然这里还可以选择外部中断引脚来触发转换，都可以在程序中配置。

ADCCLK是ADC的时钟，相当于0809的CLOCK，用于驱动内部逐次比较的时钟。ADC预分频器来源于RCC。
DMA的请求：是用于触发DMA进行数据转运的，DMA章节再讲。

两个数据寄存器，是用于存放转换结果的。
        模拟看门狗，里面可以存一个阈值高限和阈值低限，如果启动了模拟看门狗，并指定了看门的通道，那这个看门狗就会关注它看门的通道，一旦超过这个阈值范围了，它就会乱叫，就会在上面，申请一个模拟看门狗的中断，最后通向NVIC。

        然后对于规则组和注入组而言，它们转换完成之后，也会有一个EOC规则组转换完成的信号，JEOC是注入组完成的信号，这两个信号会在状态寄存器里置一个标志位，我们读取这个标志位，就能知道是不是转换结束了，同时这两个标志位也可以去NVIC，申请中断，如果开启了NVIC对应的通道，它们就会触发中断，。

ADC基本结构图

左边是输出通道，16个GPIO口，外加两个内部的通道，然后进入AD转换器（有两个组，一个规则组，一个注入组），规则组最多可以选中16个通道，注入组最多可以选择4个通道，然后转换的结果可以存放在AD数据寄存器里，其中规则组只有1个数据寄存器，注入组有4个，触发控制提供了开始转换这个START信号，触发控制可以选择软件触发和硬件触发。硬件触发主要是来自于定时器，当然也可以选择外部中断的引脚，右边这里是来自于RCC的ADC时钟CLOCK，ADC的逐次比较的过程就是由这个时钟推动的。然后上面可以布置一个模拟看门狗用于监测转换结果的范围。

最后右下角还有一个开关控制，在库函数中，就是ADC_Cmd函数，用于给ADC上电的，这些就是STM32 ADC的内部结构了。

接下来是一些细节问题：

ADC12_IN0的意思是这个引脚是ADC1和ADC2的IN0都是在PA0上的。
ADC的一个高级功能：双ADC模式，这个模式比较复杂，暂时简单了解，不需要掌握。
双ADC模式就是ADC1和ADC2一起工作，它俩可以配合组成同步模式、交叉模式等等模式，比如交叉模式：ADC1和ADC2交叉地对一个通道进行采样，就可以进一步提高采样率。当然ADC1和ADC2可以分开使用。可以分别对不同的引脚进行采样。

规则组的4种转换模式：

在ADC初始化的结构体里，会有两个参数：一个是选择单次转换还是连续转换的，另一个是选择非扫描模式还是扫描模式，这两个参数组合起来，就有4种转换方式。

单次转换，每触发一次，转换结束后，就会停下来，下次转换得再触发才能开始。

连续转换：一次转换完成后，立刻开始下一次的转换。

非扫描模式：所以菜单列表就只用第一个。

扫描模式：一次可以转换多个序列，但需要使用DMA进行数据转运。

单次转换-非扫描模式：

        最简单的一种模式。序列是规则组里的菜单，有16个空位，分别是序列1到序列16。可以写入要转换的通道，在非扫描的模式下，只有序列1的位置有效。在序列1的位置指定我们想转换的通道，比如通道2，写到这个位置，然后以触发转换，ADC就会对这个通道2进行模数转换。转换结果放在数据寄存器里，同时给EOC标志位置1。我们判断这个EOC标志位，如果转换完了，如果想再启动一次转换，那就需要再触发一次，转换结束，置EOC标志位，读结果。
        如果想换一个通道转换，那在转换之前，把第一个位置的通道2改成其他通道，然后再启动转换，这样就行了。

连续转换-非扫描模式

       与单次转换不同的是，它在一次转换结束后不会停止，而是立刻开始下一轮的转换。好处：开始转换之后不需要等待一段时间的，因为它一直在转换，所以就不需要手动，也不用判断是否结束，想要读AD值的时候，直接从数据寄存器取就可以了。

单次转换-扫描模式

        
        扫描模式就用到这个菜单列表了，可以在这个菜单里点菜，比如第一个菜是通道2，第二个菜是通道5，等等，这里每个位置是通道几可以任意指定，并且也是可以重复的。然后初始化结构体有个参数，就是通道数目，因为这16个通道可以不用完，只用前几个，那就需要再给他一个通道数目的参数。告诉它，我有几个通道，比如这里指定通道数目为7，那它就只看前7个位置，然后每次触发之后，它就一次对这前7个位置进行AD转换，转换结构都放在数据寄存器里，这里为了防止数据被覆盖，就需要用DMA及时将数据挪走，那7个通道转换完成之后，产生EOC信号，转换结束，然后再触发下一次，就开始新一轮的转换。

连续转换-扫描模式

        当然在扫描模式的情况下，还可以有一种模式，叫间断模式，它的作用是，在扫描的过程中，每隔几个转换，就暂停一次。需要再次触发，才能继续，这个模式没有列出来，不然要列出来的太多了。

触发控制

        这个表是规则组的触发源：有来自引脚或定时器的信号，具体是引脚还是定时器，需要用AFIO重映射来确定。软件控制位也就是我们之前说的软件触发。这些触发信号怎么选择，可以通过设置右边的寄存器来完成，当然使用库函数的话，直接给一个参数就行了。这就是触发控制。

数据对齐

        ADC是12位的，它的转换结果是一个12位的数据，但寄存器是16位的，所以就存在一个数据对齐的问题。12位的数据向右靠，高位多出来几位补0；12位的数据向左靠，低位多出来的几位补0。

        一般使用右对齐：在读取16位寄存器直接就是转换结果。

        左对齐用途：如果你不需要高分辨率，觉得0-4095太大了，就做个简单的判断，可以选择左对齐，把数据的高8位取出来，舍弃后4位的精度。当然也可以把12位都取出来。

转换时间

AD转换的步骤：采样、保持、量化、编码

STM32ADC的总采样时间：Tconv=采样时间+12.5个ADC周期

例如：当ADCCLK=14MHz,采样时间位1.5个ADC周期，Tconv=1.5+12.5=14个ADC周期=1us

一般不敏感，因为一般AD转换都很快，如果不需要非常高速的转换频率，那转换时间就可以忽略了，AD转换需要一小段时间，就像厨子做菜一样，也需要等待一会才能上菜的。
采样保持可以放在一起，量化编码可以放在一起，总共是这两大步。量化编码就是之前讲的ADC逐次比较的过程。这个需要花一段时间，一般位数越多，花的时间就越长。
采样保持是因为 AD转换后面的量化编码，是需要一小段时间的，如果在这一小段时间里，输入电压还在不断变化，那就没法定位输入电压到底在哪里了，所以在量化编码之前，需要设置一个采样开关，比如可以用一个小容量的电容存储一下这个电压，存储好了之后，断开采样开关，在进行后面的AD转换。这样在量化编码的过程中，电压始终保持不变，这就是采样保持电路。
那采样保持的过程，需要闭合采样开关，过一段时间再断开，这里就会产生一个采样时间，那回到这里这里，我们就得到了第二条。
采样时间就是采样保持花费的时间，这个可以在程序中进行配置，采样时间越大，越能避免一些毛刺信号的干扰，不过转换时间也会相应延长，12.5个ADC周期是量化编码花费的时间，因为是12位的ADC，所以需要花费12个周期，这里多了半个周期，可能是做其他一些东西画的时间。ADC周期就是从RCC分频过来的ADCCLK，这个ADCCLK最大是14MHz，所以下面有个例子，这里就是最快的转换时间。

如果采样周期再长些，它就达不到1us了，另外也可以把ADCCLK的时钟设置超过14MHz，这样就是在超频了，那转换时间可以比1us还短，不过这样稳定性就没办法保证了

听起来很复杂，但是这个校准我们暂时不需要理解，因为校准过程是固定的，我们只需要在ADC初始化最后，加几条代码就行了，至于怎么计算，怎么校准的，我们不需要管，所以了解一下就行了

ADC的外围电路
第一个是电位器产生一个可调的电压，电阻阻值不能给的太小，
第二个是传感器输出电压的电路，一般来说，像光敏电阻，热敏电阻，红外接收管，麦克风等等，都可以等效为一个可变电阻，所以这里就可以通过和一个固定电阻串联分压，这个福鼎电阻一般可以选择和传感器阻值相近的电阻。这样可以得到一个位于中间电压区域比较好的输出。
第三个是电压转换电路，使用电阻进行分压，但是如果是高电压采集最好使用一些专用的采集芯片，比如隔离放大器等等，做好高低电压的隔离，保证电路的安全

手册介绍：
见参考手册。

代码步骤：
1.开启RCC时钟，包括ADC和GPIO的时钟，另外ADCCLK的分频器，也需要配置一下
2.配置GPIO，把需要用到的GPIO配置成模拟输入的模式
3.配置多路开关，把左边的通道接入到右边的规则组列表里，这个过程就是我们之前说的点菜，把各个通道的菜，列在菜单里
4.配置ADC转换器，在库函数里，是用结构体来配置的，可以配置这一大块电路的参数。包括ADC是单次转换还是连续转换、扫描还是非扫描、有几个通道、触发源是什么、数据对齐是左对齐还是右对齐，这一大批参数，用一个结构体配置就可以了，如果需要模拟看门狗，那会有几个函数用来配置阈值和监测通道的，那就在中断输出控制里ITConfig函数开启对应的中断输出，然后再在NVIC里，配置一下优先级，这样就能触发中断了。不过这一块模拟看门狗和中断，本节暂时不用。
开关控制，调用一下ADC_Cmd函数，开启ADC，这样ADC就配置完成了，就能正常工作了，当然在开启ADC之后，根据手册里的建议，还可以对ADC进行一下校准，这样可以减小误差，那在ADC工作的时候，如果想要软件触发转换，那会有函数可以触发，如果想读取转换结果，那也会有函数可以读取结果
配置程序的大致思路。

void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2);
配置ADCCLK分频器的，它可以对应APB2的72MHz时钟选择2、4、6、8分频，输入到ADCCLK

DeInit恢复缺省设置、Init初始化、StructInit结构体初始化
ADC_Cmd是用于给ADC上电的，
DMACmd是用于开启DMA输出信号的
ITConfig中断输出控制，用于控制某个中断，能不能通往NVIC
ADC_ResetCalibration 复位校准
ADC_GetResetCalibrationStatus 获取复位状态
ADC_StartCalibration 开始校准
ADC_GetCalibrationStatus 获取开始校准状态
在ADC初始化完成之后，依次调用就行了。
然后继续，ADC软件开始控制转换，就是这个用于软件触发的函数了 ADC_SoftwareStartConvCmd
ADC获取软件开始转换状态 ADC_GetSoftwareStartConvStatus
从名字上来看，这个函数好像是判断是不是正在进行的，那我们可不可以调用这个函数，来判断转换是否已经结束呢，这个可以分析一下源码，源码分析可得这个函数的返回值跟转换是否结束，毫无关系

ADC_GetFlagStatus 获取标志位状态，知道转换是否结束，然后参数给EOC的标志位，判断EOC标志位是不是置1了，如果转换结束，EOC标志位置1，然后调用这个函数，判断这个标志位，这样才是正确的判断转换是否结束的方法。
所以简单俩说， ADC_GetSoftwareStartConvStatus这个函数其实没啥用，我们一般不用，不要被他误导了

下面两个函数是用来配置间断模式的
ADC_DiscModeChannelCountConfig 是每隔几个通道间断一次，
ADC_DiscModeCmd 是不是启用间断模式，需要间断模式的话可以理解一下，

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime); ADC_规则组通道配置，这个函数比较重要，它的作用是给序列的每个位置填写指定的通道，就是填写点菜菜单的过程，第一个参数ADCx，第二个ADC_Channel，就是想要指定的通道，第三个Rank，就是序列几的位置，第四个SampleTime指定通道的采样时间

ADC_ExternalTrigConvCmd 外部触发控制转换，就是是否允许外部触发转换，
ADC_GetConversionValue 是ADC获取转换值，这个函数也比较重要，获取AD转换的数据寄存器，读取转换结果就要使用这个函数
ADC_GetDualModeConversionValue ADC获取双模式转换值，这个是双ADC模式读取转换结果的函数

以上函数就是对ADC的一些基本功能和规则组的配置，

接下来的一大批函数里面都带了一个Injected，就是注入组的意思，所以一大批函数都是对ADC注入组进行配置的，注入组暂时不多讲，

这三个函数就是对模拟看门狗进行配置的，第二个是配置高低阈值、第三个是配置看门的通道、之后ADC温度传感器、内部参考电压控制、如果要用到这两个通道，那得调用这个函数，开启一下，要不然是读不到正确的结果，这个要注意一下。

最后四个，获取标志位状态，清除标志位，获取终端状态，清除终端挂起位。常用函数，不多说。

EOC看手册得知，是规则或注入。这一点需要看参考手册进行笔记的修改。

如果想要用扫描模式实现多通道，最好要配合DMA来实现，

可能会问：一个通道转换完成之后，手动把数据转运出来，不就行了，为啥非要用DMA来转运呢，这个方案看似简单，实际操作起来会有一些问题，第一个就是在扫描模式下，你启动列表之后，它里面每一个单独的通道转换完成之后，不会产生任何的标志位，也不会触发中断，你不知道某一个通道是不是转换完了，它只有在整个列表都转换完成之后，才会产生一次EOC标志位，才能触发中断，而这时，前面的数据就已经覆盖丢失了。
第二个问题：AD转换是非常快的，通过计算转换一个通道大概只有几us，也就是说，如果你不能在几us的时间内把数据转运走，那数据就会丢失，这对于我们程序手动转运数据，要求就比较高，所以在扫描模式下，手动转运数据是比较困难的。
不过比较困难也不是说手动转运不可行，在扫描的时候，每转换一个通道就暂停一次，等我们手动把数据转运走之后，再继续触发，继续下一次转换，这样可以实现手动转运数据的功能，但是由于单个通道转换完成之后，没有标志位，所以启动转换之后，只能通过Delay延时的方法，才能保证转换完成，这种方式既不能让我们省心，也不能提高效率。所以暂不推荐使用

实现多通道一个简单的方法：可以使用单次转换、非扫描的模式。只需要在每次触发转换之前，手动更改一下列表第一个位置的通道就行了，比如第一次转换，先写入通道0，之后触发、等待、读值；第二次转换，再先把通道0改成通道1，之后触发、等待、读值。第三次转换，再先改成通道2，等等，在转换前，先指定一下通道，再启动转换。就可以轻松地实现多通道转换的功能了。