STM32之ADC实例(基于DMA方式)

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ADC简介:

    ADC(Analog-to-Digital Converter,模/ 数转换器)。也就是将模拟信号转换为数字信号进行处理,在存储或传输时,模数转换器几乎必不可少。

   STM32在片上集成的ADC外设非常强大,我使用的奋斗开发板是STM32F103VET6,属于增强型的CPU,它有18个通道,可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的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。

ADC工作过程分析:

   我们以ADC规则通道转换过程来分析,如上图,所有的器件都是围绕中间的模拟至数字转换器部分展开的。它的左端VREF+,VREF- 等ADC参考电压,ADCx_IN0 ~ ADCx_IN15为ADC的输入信号通道,即某些GPIO引脚。输入信号经过这些通道被送到ADC器件,ADC器件需要收到触发信号才开始进行转换,如EXTI外部触发,定时器触发,也可以使用软件触发。ADC部件接受到触发信号后,在ADCCLK时钟的驱动下对输入通道的信号进行采样,并进行模数转换,其中ADCCLK是来自ADC预分频器。

    ADC部件转换后的数值被保存到一个16位的规则通道数据寄存器(或注入通道数据寄存器)中,我们可以通过CPU指令或DMA把它读到内存(变量),模数转换之后,可以出发DMA请求或者触发ADC转换结束事件,如果配置了模拟看门狗,并且采集的电压大于阈值,会触发看门狗中断。

   其实对于ADC采样,软件编程主要就是ADC的配置,当然我是基于DMA方式的,所以DMA的配置也是关键!话不多说看代码!

主函数: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保存了由转换值计算出来的电压值,计算公式是:实际电压值=ADC转换值 x LSB ,这里由于我的板子VREF+接的参考电压为3.3V,所以LSB=3.3/4096,STM32的ADC的精度为12位。

ADC与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; //内存地址	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //方向(从外设到内存)	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1; //传输内容的大小	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址固定	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable; //内存地址固定	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = 	DMA_PeripheralDataSize_HalfWord ; //外设数据单位	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = 	DMA_MemoryDataSize_HalfWord ;    //内存数据单位	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular  ; //DMA模式:循环传输	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High ; //优先级:高	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;   //禁止内存到内存的传输		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; //独立ADC模式	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;  //禁止扫描方式	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//开启连续转换模式 	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //不使用外部触发转换	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //采集数据右对齐	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //要转换的通道数目	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);		RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);//配置ADC时钟,为PCLK2的8分频,即9Hz	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_11, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);//配置ADC1通道11为55.5个采样周期 		ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE);	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE); 	ADC_ResetCalibration(ADC1);//复位校准寄存器	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));//等待校准寄存器复位完成 	ADC_StartCalibration(ADC1);//ADC校准	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//等待校准完成 	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//由于没有采用外部触发,所以使用软件触发ADC转换}

ADC配置还是比较简单的,毕竟只配置了单通道,还是分析一下吧!这里我是把ADC1的通道11使用的GPIO引脚PC1配置成模拟输入模式,在作为ADC的输入时,必须使用模拟输入。对于ADC通道,每个ADC通道对应一个GPIO引脚端口,GPIO的引脚在设为模拟输入模式后可用于模拟电压的输入。STM32F103VET6有三个ADC,这三个ADC公用16个外部通道。
DMA的整体配置为:使用DMA1的通道1,数据从ADC外设的数据寄存器(ADC1_DR_Address)转移到内存(ADC_ConvertedValue变量),内存外设地址都固定,每次传输的大小为半字(16位),使用DMA循环传输模式。

DMA传输的外设地址,也就是ADC1的地址为0x40012400+0x4c,这个地址可查STM32 datasheet获得,如图;

要特别注意ADC转换时间配置,由于ADC时钟频率越高,转换速度越快,那是不是就把ADC的时钟频率设的越大越好呢?其实不然,根据ADC时钟图可知,ADC时钟有上限值,即不能超过14MHz,如图:

这里ADC预分频器的输入为高速外设时钟(PCLK2),使用RCC_ADCCLKConfig()库函数来设置ADC预分频的分频值,PCLK2常用时钟为72MHz,而ADCCLK必须小于14MHz,所以这里ADCCLK为PCLK2的6分频,即12MHz,而我的程序中只是随便设为8分频,9MHz,若希望ADC以最高频率14MHz运行,可以把PCLK2设置为56MHz,然后再4分频得到ACCLK。

ADC的转换时间不仅与ADC的时钟有关,还与采样周期有关。每个ADC通道可以设置为不同的采样周期。STM32的ADC采样时间计算公式为:

  T=采样周期+12.5个周期

公式中的采样周期就是函数中配置的 ADC_SampleTime,而后边加上的12.5个周期为固定值,则ADC1通道11的转换时间为T=(55.5+12.5) x 1/9=7.56us。

补充:在adc.c文件中定义了ADC_ConvertedValue变量,要注意这个变量是由关键字volatile修饰的,volatile的作用是让编译器不要去优化这个变量,这样每次用到这个变量时都要回到相应变量的内存中去取值,而如果不使用volatile进行修饰的话,ADC_ConvertedValue变量在被访问的时候可能会直接从CPU的寄存器中取出(因为之前该变量被访问过,也就是说之前就从内存中取出ADC_ConvertedValue的值保存到某个CPU寄存器中),之所以直接从寄存器中去取值而不去内存中取值,这是编译器优化代码的结果(访问CPU寄存器比访问内存快得多)。这里的CPU寄存器指R0,R1等CPU通用寄存器,用于CPU运算及暂存数据,不是指外设中的寄存器。

         因为ADC_ConvertedValue这个变量值随时都会被DMA控制器改变的,所以用volatile来修饰它,确保每次读取到的都是实时ADC转换值。

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

效果图:

由于我的开发板没有滑动变阻器,所以我就将电压的输入端接入通用IO口的3V引脚。如图:

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