【stm32f407】ADC实验

1. ADC简介

STM32F4xx系列一般都有3个ADC，这些ADC可以独立使用，也可以使用双重/三重模式（提高采样率）。STM32F4的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有19个通道，可测量16个外部源、2个内部源和Vbat通道的信号。这些通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。

STM32F407VGT6包含有3个ADC。STM32F4的ADC最大的转换速率为2.4Mhz，也就是转换时间为0.41us（在ADCCLK=36M,采样周期为3个ADC时钟下得到），不要让ADC的时钟超过36M，否则将导致结果准确度下降

STM32F4将ADC的转换分为2个通道组：规则通道组和注入通道组。规则通道相当于你正常运行的程序，而注入通道呢，就相当于中断。在你程序正常执行的时候，中断是可以打断你的执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换，在注入通道被转换完成之后，规则通道才得以继续转换。

通过一个形象的例子可以说明：假如你在家里的院子内放了5个温度探头，室内放了3个温度探头；你需要时刻监视室外温度即可，但偶尔你想看看室内的温度；因此你可以使用规则通道组循环扫描室外的5个探头并显示AD转换结果，当你想看室内温度时，通过一个按钮启动注入转换组(3个室内探头)并暂时显示室内温度，当你放开这个按钮后，系统又会回到规则通道组继续检测室外温度。从系统设计上，测量并显示室内温度的过程中断了测量并显示室外温度的过程，但程序设计上可以在初始化阶段分别设置好不同的转换组，系统运行中不必再变更循环转换的配置，从而达到两个任务互不干扰和快速切换的结果。可以设想一下，如果没有规则组和注入组的划分，当你按下按钮后，需要从新配置AD循环扫描的通道，然后在释放按钮后需再次配置AD循环扫描的通道。上面的例子因为速度较慢，不能完全体现这样区分(规则通道组和注入通道组)的好处，但在工业应用领域中有很多检测和监视探头需要较快地处理，这样对AD转换的分组将简化事件处理的程序并提高事件处理的速度。

STM32F4其ADC的规则通道组最多包含16个转换，而注入通道组最多包含4个通道。

STM32F4的ADC在单次转换模式下，只执行一次转换，该模式可以通过ADC_CR2寄存器的ADON位（只适用于规则通道）启动，也可以通过外部触发启动（适用于规则通道和注入通道），这时CONT位为0。

以规则通道为例，一旦所选择的通道转换完成，转换结果将被存在ADC_DR寄存器中，EOC（转换结束）标志将被置位，如果设置了EOCIE，则会产生中断。然后ADC将停止，直到下次启动

接下来，我们介绍一下我们执行规则通道的单次转换，需要用到的ADC寄存器。第一个要介绍的是ADC控制寄存器（ADC_CR1和ADC_CR2）。ADC_CR1的各位描述如图所示：

ADC_CR1的SCAN位，该位用于设置扫描模式，由软件设置和清除，如果设置为1，则使用扫描模式，如果为0，则关闭扫描模式。在扫描模式下，由ADC_SQRx或ADC_JSQRx寄存器选中的通道被转换。如果设置了EOCIE或JEOCIE，只在最后一个通道转换完毕后才会产生EOC或JEOC中断。

ADC_CR1[25:24]用于设置ADC的分辨率，详细的对应关系如图所示

本章我们使用12位分辨率，所以设置这两个位为0就可以了。接着我们介绍ADC_CR2，该寄存器的各位描述如图所示：

该寄存器我们也只针对性的介绍一些位：ADON位用于开关AD转换器。而CONT位用于设置是否进行连续转换，我们使用单次转换，所以CONT位必须为0。ALIGN用于设置数据对齐，我们使用右对齐，该位设置为0。

EXTEN[1:0]用于规则通道的外部触发使能设置，详细的设置关系如图所示

我们这里使用的是软件触发，即不使用外部触发，所以设置这2个位为0即可。ADC_CR2的SWSTART位用于开始规则通道的转换，我们每次转换（单次转换模式下）都需要向该位写1。

第二个要介绍的是ADC通用控制寄存器（ADC_CCR），该寄存器各位描述如图所示：

该寄存器我们也只针对性的介绍一些位：TSVREFE位是内部温度传感器和Vrefint通道使能位，内部温度传感器我们将在下一章介绍，这里我们直接设置为0。ADCPRE[1:0]用于设置ADC输入时钟分频，00~11分别对应2/4/6/8分频，STM32F4的ADC最大工作频率是36Mhz，而ADC时钟（ADCCLK）来自APB2，APB2频率一般是84Mhz，所以我们一般设置ADCPRE=01，即4分频，这样得到ADCCLK频率为21Mhz。MULTI[4:0]用于多重ADC模式选择，详细的设置关系如图所示：

本章我们仅用了ADC1（独立模式），并没用到多重ADC模式，所以设置这5个位为0即可

第三个要介绍的是ADC采样时间寄存器（ADC_SMPR1和ADC_SMPR2），这两个寄存器用于设置通道0~18的采样时间，每个通道占用3个位。ADC_SMPR1的各位描述如图所示：

对于每个要转换的通道，采样时间建议尽量长一点，以获得较高的准确度，但是这样会降低ADC的转换速率。ADC的转换时间可以由以下公式计算：

Tcovn=采样时间+12个周期

其中：Tcovn为总转换时间，采样时间是根据每个通道的SMP位的设置来决定的。例如，当ADCCLK=21Mhz的时候，并设置3个周期的采样时间，则得到：Tcovn=3+12=15个周期=0.71us。

第四个要介绍的是ADC规则序列寄存器（ADC_SQR1~3）,该寄存器总共有3个，这几个寄存器的功能都差不多，这里我们仅介绍一下ADC_SQR1，该寄存器的各位描述如图所示：

L[3：0]用于存储规则序列的长度，我们这里只用了1个，所以设置这几个位的值为0。其他的SQ13~16则存储了规则序列中第13~16个通道的编号（0~18）。另外两个规则序列寄存器同ADC_SQR1大同小异，我们这里就不再介绍了，要说明一点的是：我们选择的是单次转换，所以只有一个通道在规则序列里面，这个序列就是SQ1，至于SQ1里面哪个通道，完全由用户自己设置，通过ADC_SQR3的最低5位（也就是SQ1）设置。

第五个要介绍的是ADC规则数据寄存器(ADC_DR)。规则序列中的AD转化结果都将被存在这个寄存器里面，而注入通道的转换结果被保存在ADC_JDRx里面。ADC_DR的各位描述如图：

这里要提醒一点的是，该寄存器的数据可以通过ADC_CR2的ALIGN位设置左对齐还是右对齐。在读取数据的时候要注意。

最后一个要介绍的ADC寄存器为ADC状态寄存器（ADC_SR），该寄存器保存了ADC转换时的各种状态。该寄存器的各位描述如图所示：

这里我们仅介绍将要用到的是EOC位，我们通过判断该位来决定是否此次规则通道的AD转换已经完成，如果该位位1，则表示转换完成了，就可以从ADC_DR中读取转换结果，否则等待转换完成。

2. ADC库函数应用步骤

使用到的库函数分布在stm32f4xx_adc.c文件和stm32f4xx_adc.h文

件中。下面讲解其详细设置步骤

STM32F407ZGT6的ADC1通道5在PA5上，所以，我们先要使能GPIOA的时钟，然后设置PA5为模拟输入。同时我们要把PA5复用为ADC，所以我们要使能ADC1时钟。这里特别要提醒，对于IO口复用为ADC我们要设置模式为模拟输入，而不是复用功能，也不需要调用GPIO_PinAFConfig函数来设置引脚映射关系。

使能GPIOA时钟和ADC1时钟都很简单，具体方法为：

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //使能ADC1时钟

初始化GPIOA5为模拟输入，方法也多次讲解，关键代码为：

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AN;//模拟输入

这里需要说明一下，ADC的通道与引脚的对应关系在STM32F4的数据手册可以查到，我们这里使用ADC1的通道5，在数据手册中的表格为：

这里我们把ADC1~ADC3的引脚与通道对应关系列出来， 16个外部源的对应关系如下表：

2）设置ADC的通用控制寄存器CCR，配置ADC输入时钟分频，模式为独立模式等。

在库函数中，初始化CCR寄存器是通过调用ADC_CommonInit来实现的：

void ADC_CommonInit(ADC_CommonInitTypeDef*ADC_CommonInitStruct)

这里我们不再李处初始化结构体成员变量，而是直接看实例。初始化实例为：

ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode =ADC_Mode_Independent;//独立模式

ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay= ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;

ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =ADC_DMAAccessMode_Disabled;

ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler =ADC_Prescaler_Div4;

ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化

第一个参数ADC_Mode用来设置是独立模式还是多重模式，这里我们选择独立模式。

第二个参数ADC_TwoSamplingDelay用来设置两个采样阶段之间的延迟周期数。这个比较好理解。取值范围为：ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles~ADC_TwoSamplingDelay_20Cycles。

第三个参数ADC_DMAAccessMode是DMA模式禁止或者使能相应DMA模式。

第四个参数ADC_Prescaler用来设置ADC预分频器。这个参数非常重要，这里我们设置分频系数为4分频ADC_Prescaler_Div4，保证ADC1的时钟频率不超过36MHz。

3）初始化ADC1参数，设置ADC1的转换分辨率，转换方式，对齐方式，以及规则序列等相关信息。

在设置完分通用控制参数之后，我们就可以开始ADC1的相关参数配置了，设置单次转换模式、触发方式选择、数据对齐方式等都在这一步实现。具体的使用函数为：

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx,ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)

初始化实例为：

ADC_InitStructure.ADC_Resolution =ADC_Resolution_12b;//12位模式

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =DISABLE;//非扫描模式

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode =DISABLE;//关闭连续转换

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge= ADC_ExternalTrigConvEdge_None;

//禁止触发检测，使用软件触发

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign =ADC_DataAlign_Right;//右对齐

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion =1;//1个转换在规则序列中

ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//ADC初始化

第一个参数ADC_Resolution用来设置ADC转换分辨率。取值范围为：ADC_Resolution_6b，

ADC_Resolution_8b，ADC_Resolution_10b和ADC_Resolution_12b。

第二个参数ADC_ScanConvMode用来设置是否打开扫描模式。这里我们设置单次转换所以不打开扫描模式，值为DISABLE。

第三个参数ADC_ContinuousConvMode用来设置是单次转换模式还是连续转换模式，这里我们是单次，所以关闭连续转换模式，值为DISABLE。

第三个参数ADC_ExternalTrigConvEdge用来设置外部通道的触发使能和检测方式。这里我们直接禁止触发检测，使用软件触发。还可以设置为上升沿触发检测，下降沿触发检测以及上升沿和下降沿都触发检测。

第四个参数ADC_DataAlign 用来设置数据对齐方式。取值范围为右对齐

ADC_DataAlign_Right和左对齐ADC_DataAlign_Left。

第五个参数ADC_NbrOfConversion用来设置规则序列的长度，这里我们是单次转换，所以值为1即可。

实际上还有个参数ADC_ExternalTrigConv是用来为规则组选择外部事件。因为我们前面配置的是软件触发，所以这里我们可以不用配置。如果选择其他触发方式方式，这里需要配置。

4）开启AD转换器。

在设置完了以上信息后，我们就开启AD转换器了（通过ADC_CR2寄存器控制）。

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器

5）读取ADC值。

在上面的步骤完成后，ADC就算准备好了。接下来我们要做的就是设置规则序列1里面的通道，然后启动ADC转换。在转换结束后，读取转换结果值值就是了。

这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是：

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_Channel,

uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)；

我们这里是规则序列中的第1个转换，同时采样周期为480，所以设置为：

ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_480Cycles );

软件开启ADC转换的方法是：

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能

开启转换之后，就可以获取转换ADC转换结果数据，方法是：

ADC_GetConversionValue(ADC1);

同时在AD转换中，我们还要根据状态寄存器的标志位来获取AD转换的各个状态信息。库函数获取AD转换的状态信息的函数是：

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef*ADCx, uint8_t ADC_FLAG)

比如我们要判断ADC1的转换是否结束，方法是：

while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));//等待转换结束

这里还需要说明一下ADC的参考电压，探索者STM32F4开发板使用的是STM32F407ZGT6，该芯片只有Vref+参考电压引脚，Vref+的输入范围为：1.8~VDDA。探索者STM32F4开发板通过P7端口，来设置Vref+的参考电压，默认的我们是通过跳线帽将ref+接到VDDA，参考电压就是3.3V。如果大家想自己设置其他参考电压，将你的参考电压接在Vref+上就OK了（注意要共地）。另外，对于还有Vref-引脚的STM32F4芯片，直接就近将Vref-接VSSA就可以了。

本章我们的参考电压设置的是3.3V。

通过以上几个步骤的设置，我们就能正常的使用STM32F4的ADC1来执行AD转换操作了。

3. ADC实例

实现采集3.3V电压和GND电压，用串口打印出来

Adc.h

#ifndef _ADC_H_H_H
#define _ADC_H_H_H
#include "stm32f4xx_gpio.h"
#include "stm32f4xx_rcc.h"
#include "stm32f4xx_adc.h"
 
void Adc_Init(void);                                                        //ADC通道初始化
u16 Get_Adc(u8 ch);                                                     //获得某个通道值
u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times);//得到某个通道给定次数采样的平均值 
#endif

Adc.c

#include "adc.h"
#include "delay.h"
//初始化ADC                                                                                                                                                                                                                                     
void Adc_Init(void)
{
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
 ADC_InitTypeDef      ADC_InitStructure;
               
 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);//使能GPIOA时钟
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); //使能ADC1时钟
 
  //先初始化ADC1通道5 IO口
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;//PA5 通道5
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;//模拟输入
 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;//不带上下拉
 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化 
 
 RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);                 //ADC1复位
 RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,DISABLE);               //复位结束
 
 ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立模式
 ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay =ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//两个采样阶段之间的延迟5个时钟
 ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;//DMA失能
 ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;//预分频4分频。ADCCLK=PCLK2/4=84/4=21Mhz,ADC时钟最好不要超过36Mhz
 ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化
 
 ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;//12位模式
 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式        
 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//关闭连续转换
 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge =ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//禁止触发检测，使用软件触发
  ADC_InitStructure.ADC_DataAlign= ADC_DataAlign_Right;//右对齐   
 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;//1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1
 ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//ADC初始化
 
 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器 
}
 
//获得ADC值
//ch: @ref ADC_channels
//通道值 0~16取值范围为：ADC_Channel_0~ADC_Channel_16
//返回值:转换结果
u16 Get_Adc(u8 ch)  
{
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_480Cycles );            //ADC1,ADC通道,480个周期,提高采样时间可以提高精确度                                            
 
 ADC_SoftwareStartConv(ADC1);                            //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)
{
  u32temp_val=0;
  u8t;
 for(t=0;t<times;t++)
  {
   temp_val+=Get_Adc(ch);
   delay_ms(5);
  }
  returntemp_val/times;
}

Main.c

#include "led.h"
#include "key.h"
#include "delay.h"
#include "uart.h"
#include "exit.h"
#include "iwdog.h"
#include "pwm.h"
void User_Delay(__IO uint32_t nCount)
{
 while(nCount--)
  {
  }
}
static int count = 0;
int main(void)
{
 
  u16adcx;
 float temp;
 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  My_USART2_Init();
  delay_init(168);
  printf("main test start\n");
  Adc_Init();
  
  while(1)
   {
    adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_5,20);
    temp=(float)adcx*(3.3/4096);
    printf("adc value:(%d) \n",adcx);
    delay_ms(250);
    
   }
}

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