基于ＳＴＭ３２的ＡＤＣ应用实例（单通道、多通道、基于ＤＭＡ）
- 硬件：STM32F103ＺＥT6
- 开发工具：Keil uVision５
- 下载调试工具：ARM仿真器（ＳＴ－Ｌｉｎｋ）
一、硬件部分
所用的芯片内嵌3个12位的模拟/数字转换器(ADC)，每个ADC共用多达16个外部通道，2个内部通道。如下图所示：
ＡＤＣ就是一个转换器，可以把模拟量和数字量进行互相转换，在这里演示的是把模拟量转化为数字量，就像一个重力秤，一个多重的人或者物件在上面都有一个对应重量的数值，ＡＤＣ与重力秤差不多，不过它是把模拟量（温度、电压）转化为数字量，数字量可以是一个浮点型数据、整型数据、数组数据等。
在这里，ＡＤＣ怎么把电压转换为数字量呢？
ＡＤＣ内部可以采集０～３．３Ｖ的电压，采集的电压为０时，里面的刻度会显示是０，当采集的电压是３．３Ｖ时，里面的刻度会显示是４０９５（即满值）。
模拟/数字转换器(ADC)的分辨率、采样精度：12位。先来看看二进制的12位可表示0-4095个数，也就是说转换器通过采集转换所得到的最大值是4095，如：“111111111111”=4095，那么我们怎么通过转换器转换出来的值得到实际的电压值呢？如果我们要转换的电压范围是0v-3.3v的话，转换器就会把0v-3.3v平均分成4096份。设转换器所得到的值为x，所求电压值为y。
那么就有：
讲完ＡＤＣ采集数值为啥要（乘以３．３除以４０９６）之后，接下来将一下一个ＡＤ为啥可以分成多个通道同时Ｃ采集电压呢？
16个外部通道：简单的说就是芯片上有16个引脚是可以接到模拟电压上进行电压值检测的。16个通道不是独立的分配给3个转换器（ADC1、ADC2、ADC3）使用，有些通道是被多个转换器共用的。一个ＡＤＣ的多个通道同时采集时，会有内部的转换机制进行分配优先顺序以及转换时间。
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime) ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_239Cycles5); ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1,2,ADC_SampleTime_239Cycles5); ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_2,3,ADC_SampleTime_239Cycles5);
其中第一行是ＳＴＭ公司提供的源代码，第２～第４行是示范。
ADCx指的是哪个ＡＤＣ（ＡＤＣ１、ＡＤＣ２、ＡＤＣ３都可以）
ADC_Channel指的是指定ADC的规则组通道（如示范中的ADC_Channel_0,ADC_Channel_１,ADC_Channel_２）
Rank指的是转换顺序（可分为序列１～序列１６，数字越大优先顺序越后）
ADC_SampleTime指的是转换的时间（一般采用的是ADC_SampleTime_239Cycles5）
接下来，就是很多人比较困惑的地方，为啥ＡＤＣ可以有多个采集通道？
因为一个ＡＤＣ就是一个工具，对这个工具有使用权的都可以使用它，要看谁有使用权，就得看ＰＣＢ原理图，如下所示。同时每个有使用权的通道要使用它，也不是同时使用的，因为一个ＡＤＣ在同一时间只能有一个通道使用，优先级高的通道就可以优先使用它，具有同样优先权的通道，就由ＭＣＵ进行自主分配。
其实一般我们可以通过上述的ＡＤＣ通道配置函数进行配置：
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)
Rank指的是转换顺序（可分为序列１～序列１６，数字越大优先级越低）
ADC123_IN1:字母“ADC”不用多说，“123”代表它被3个（ADC1、ADC2、ADC3）转换器共用的引脚，
“ＩＮ０”对应刚才那张宏定义图里面的ADC_Channel_0,这样就能找到每个通道对应的引脚了。
二、软件代码
普通模式的多通道
#include "adc.h" #include "delay.h" //初始化ADC //这里我们仅以规则通道为例 //我们默认将开启通道0~3 void Adc_Init(void) { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE ); //使能ADC1通道时钟 RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M //PA1 作为模拟通道输入引脚 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入引脚 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); ADC_DeInit(ADC1); //复位ADC1,将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值 ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE; //模数转换工作在单通道模式 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; //模数转换工作在单次转换模式 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //转换由软件而不是外部触发启动 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADC数据右对齐 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3; //顺序进行规则转换的ADC通道的数目 ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的ADC1 ADC_ResetCalibration(ADC1); //使能复位校准 while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束 ADC_StartCalibration(ADC1); //开启AD校准 while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校准结束 } //获得ADC值 //ch:通道值 0~3 u16 Get_Adc(u8 ch) { //设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 ); //ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的ADC1的软件转换启动功能 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束 return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次ADC1规则组的转换结果 } u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times) //求多次采集数值的平均值 { u32 temp_val=0; u8 t; for(t=0;t<times;t++) { temp_val+=Get_Adc(ch); delay_ms(5); } return temp_val/times; }
#include "led.h" #include "delay.h" #include "key.h" #include "sys.h" #include "lcd.h" #include "usart.h" #include "adc.h" const u8 Adc_Channel[3]={ADC_Channel_0,ADC_Channel_1,ADC_Channel_2}; int main(void) { int i; float adcx[3]; float temp; delay_init(); //延时函数初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级 uart_init(115200); //串口初始化为115200 LED_Init(); //LED端口初始化 Adc_Init(); //ADC初始化 while(1) { for(i=0;i<3;i++) //把多次采集的结果存放到adcx[3]数组中 { adcx[i]=(Get_Adc_Average(Adc_Channel[i],10)*3.3/4096); //把采集数值转换为电压 printf("\nadcx[%d]:%4fV\t\n",i,adcx[i]); //在串口调试助手中打印出来 } delay_ms(1000); } }
ＤＭＡ模式的多通道
#include "adc.h" #include "delay.h" void Adc_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStrue; ADC_InitTypeDef ADC_InitStrue; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);//使能ADC以及模拟输入端子的时钟 RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M GPIO_InitStrue.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2; GPIO_InitStrue.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN; GPIO_InitStrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStrue); //初始化模拟输入端子 ADC_DeInit(ADC1); //复位ADC模块 ADC_InitStrue.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent; //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式 ADC_InitStrue.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE; //模数（Analog Digtal）转换次数设置 单次 ADC_InitStrue.ADC_ScanConvMode=ENABLE; //模数转换通道设置 Disable==〉不浏览即单通道模式 ADC_InitStrue.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right; //数据对齐方式==〉右对齐 ADC_InitStrue.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None; //不通过外部中断触发启动而是软件转换 ADC_InitStrue.ADC_NbrOfChannel=M; //ADC转换通道数量 ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStrue); //初始化ADC模块 ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_239Cycles5); ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1,2,ADC_SampleTime_239Cycles5); ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_2,3,ADC_SampleTime_239Cycles5); //内部通道测参考电压 // 开启ADC的DMA支持（要实现DMA功能，还需独立配置DMA通道等参数） ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); ADC_Cmd(ADC1,ENABLE); //使能ADC模块 ADC_ResetCalibration(ADC1); //使能复位校准 while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); ADC_StartCalibration(ADC1); //使能AD校准 while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); } void filter(void) //求得ＡＤＣ多次采集数值的平均值，直接ＤＭＡ传回内存 After_filter[i]
{ int sum=0; u8 count,i; for(i=0;i<M;i++) { for(count=0;count<N;count++) { sum=sum+AD_Value[count][i]; } After_filter[i]=(float)(sum/N); sum=0; } } float GetVolt(float adcvalue) { return (adcvalue*3.3/4096); }
#include "dma.h" #include "sys.h" #include "adc.h" /* ADC以及DMA的定义 */ #define N 10 //10次 #define M 3 //3个ADC通道 u16 AD_Value[N][M]; float After_filter[M]; void Dma_Init(void) //ＤＭＡ初始化 { DMA_InitTypeDef DMA_InitType; RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE); DMA_DeInit(DMA1_Channel1); DMA_InitType.DMA_BufferSize=N*M; DMA_InitType.DMA_DIR=DMA_DIR_PeripheralSRC; DMA_InitType.DMA_M2M=DMA_M2M_Disable; DMA_InitType.DMA_Mode=DMA_Mode_Circular; DMA_InitType.DMA_MemoryBaseAddr=(u32)&AD_Value[0]; DMA_InitType.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_HalfWord; DMA_InitType.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitType.DMA_PeripheralBaseAddr=(u32)&ADC1->DR; DMA_InitType.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; DMA_InitType.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitType.DMA_Priority=DMA_Priority_High; DMA_Init(DMA1_Channel1,&DMA_InitType); }
#include "led.h" #include "delay.h" #include "key.h" #include "sys.h" #include "lcd.h" #include "usart.h" #include "adc.h" #include "dma.h" /* ADC以及DMA的定义 */ #define N 10 //10次 #define M 3 //3个ADC通道 extern u16 AD_Value[N][M]; extern float After_filter[M]; int main(void) { float value[M]; u16 adcx; u8 i=0; float temp; delay_init(); //延时函数初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级 uart_init(115200); //串口初始化为115200 LED_Init(); //LED端口初始化 Adc_Init(); Dma_Init(); ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE); DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE); while(1) { while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET); filter(); for(i=0;i<M;i++) { value[i]=GetVolt(After_filter[i]); //把多次采集的结果转换为电压值存放到value[3]数组中 printf("\nvalue[%d]:%4fV\t\n",i,value[i]);//在串口调试助手中打印出来 memset(value,0,M); } LED0=!LED0; delay_ms(500); } }
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