无人问津也好，技不如人也罢，都应静下心来，去做该做的事。

最近在学STM32，所以也开贴记录一下主要内容，省的过目即忘。视频教程为江科大（改名江协科技），网站jiangxiekeji.com

本期开始介绍STM32的ADC——模数转换器，对于GPIO来说，它只能读取引脚的高低电平，要么是高电平，要么是低电平，只有两个值。而使用ADC，我们就可以对这个高电平和低电平之间的任意电压进行量化，最终用一个变量来表示，读取这个变量，就可以知道引脚的具体电压到底是多少了。

所以ADC其实就是一个电压表，把引脚的电压值测出来，放在一个变量里。这就是ADC的作用。

ADC简介

STM32主要是数字电路，数字电路只有高低电平，没有几V电压的概念。所以如果想读取电压值，就需要借助ADC模数转换器来实现了。ADC读取引脚上的模拟电压，转换为一个数据，存在寄存器里，我们再把这个数据读取到变量里来。就可以进行显示、判断、记录等等操作了。

DAC则是数字电路到模拟电路的桥梁，之前学的PWM也有DAC这个功能，尤其在直流电机调速这些大功率的场景，使用PWM来等效模拟量，是比DAC更好的选择。所以可以看出PWM还是挤占了DAC的很多应用空间，目前DAC的应用主要是在波形生成这些领域，比如信号发生器、音频解码芯片等，这些领域PWM还是不好替代的。STM32F103C8T6没有DAC这个外设。

ADC的两个关键参数：分辨率，一般用多少位来表示，12位AD值，它的表示范围就是0-~2^12-1，就是量化结果的范围是0~4095，转换起来也很简单，除于一个固定系数就好；转换时间，AD转换是需要花一小段时间的，这里1us就表示从AD转换开始到产生结果，需要花1us的时间，对应AD转换的频率就是1MHz，这个就是STM32ADC的最快转换频率。

18个输入通道，外部信号源就是16个GPIO口，在引脚上直接接模拟信号就行了，不需要任何额外的电路，引脚就直接能测电压。2个内部信号源是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，比如你电脑可以显示一个CPU温度，就可以用ADC读取这个温度传感器来测量；内部参考电压是一个1.2V左右的基准电压，这个基准电压是不随外部供电电压变化而变化的。如果芯片的供电电压不是标准的3.3V，那测量外部引脚的电压可能就不对，这时就可以读取这个基准电压进行校准，这样就能得到正确的电压值了。

规则组和注入组两个转换单元，这个就是STM32 ADC的增强功能了。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，这样的流程。但是STM32的ADC比较高级，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。

模拟看门狗自动监测输入电压范围，这个ADC，一般可以用于测量光线强度、温度这些值，并且经常会有个需求，就是如果光线高于某个阈值、低于某个阈值，或者温度高于某个阈值、低于某个阈值时，执行一些操作。这个高于某个阈值、低于某个阈值的判断，就可以用模拟看门狗来自动执行。模拟看门狗可以监测指定的某些通道，当AD值高于它设定的上阈值或者低于下阈值时，它就会申请中断，你就可以在中断函数里执行相应的操作，这样你就不用不断地手动读值，再用IF进行判断了。

程序现象

共有两个程序，第一个程序是AD单通道，在面包板上接一个电位器，用这个电位器产生一个0-3.3V连续变化的模拟电压信号，接到STM32的PA0，之后用STM32内部的ADC读取电压数据，
显示在屏幕上。这里屏幕第一行显示的是AD转换后的原始数据，第二行是经过处理后实际的电压值。往左拧，AD值减小，电压值也减，；AD值最小是0，对应的电压就是0V；往右拧，AD值变大，对应电压值也变大。STM32的ADC是12位的，所以AD结果最大值是4095，也就是2^12-1，对应电压是3.3V。

第二个是AD多通道

在第一个实验的基础上接多三个模块，把它们的AO（模拟电压输出端），分别接在了A1、A2、A3脚，加上刚才的电位器，总共4个输出通道。然后测出来的4个AD数据分别显示在屏幕上。

第一个电位器，看第一行的AD0。往右拧增大，和第一个程序一样；光敏电阻，看第二行的AD1，遮挡一下光敏电阻，光线减小，AD值增大；热敏电阻，看第三行的AD2，用手热一下这个热敏电阻，温度升高，AD值减小；最后是反射式红外传感器，手靠近，有反光，AD值减小。

逐次逼近型ADC

这里用ADC0809的框图介绍，因为STM32的ADC原理和这个是一样的。它是一个独立的8位逐次逼近型ADC芯片，以前单片机性能没这么强，需要外挂一个ADC芯片进行AD转换，现在很多都集成到芯片内部了，但原理是一样的。

看下结构吧，首先左边这里IN0~IN7，是8路输入通道，通过通道选择开关选择一路信号到比较器。左下的地址锁存和译码就是你想选中哪个通道，就把通道号放在这三个脚上，然后给一个锁存信号，上面这里对应的通路开关就可以自动拨好了。比较器的两个输入端，一个是待测信号，另一个是DAC的电压输出端，给它一个数据，它就可以输出数据对应的电压。DAC内部是使用加权电阻网络来实现的转换。比较器比较后，如果DAC输出的电压比较大，我就调小DAC数据，直到DAC输出的电压和外部通道输入的电压几乎相等，这样DAC输入的数据就是外部电压的编码数据了。通常用二分法来逼近，这个逼近的过程对二进制来说，就是从寄存器高位到低位依次判断是1还是0的过程。

 

STM32的ADC框图

在这里，左边是ADC的输入通道，包括16个GPIO、IN0-IN15，和两个内部的通道，一个是内部温度传感器；另一个是VREFIN(V Reference Internal)，内部参考电压。总共是18个输入通道，然后送到模拟多路开关，可以指定我们想要选择的通道。然后输出到模数转换器，执行的我们上面讲过的逐次比较的过程，结果会直接放在上面这个数据寄存器里。我们读取数据寄存器就能知道ADC转换的结果了。这里转换时分成两个组，规则通道组和注入通道组，其中规则组可以一次性最多选中16个通道；注入组最多可以选中4个通道。比如你去餐厅点菜，普通的ADC是，你指定一个菜，老板给你做，然后做好了送给你；规则通道这里就是，你指定一个菜單，这个菜单最多可以填16个菜，老板就按照菜单的顺序依次做好，一次性给你端上来，当然你的菜单可以只写一个菜，这样就简化为普通模式。规则组只有一个寄存器，相当于桌子很小，只能上一个菜，你如果上16个菜，那不好意思，前15个菜都会被挤掉。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时，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，那在转换完成之后，就要尽快把结果拿走；注入组就相当于餐厅的VIP座位，在这个座位上，一次性最多可以点4个菜，并目这里数据寄存器有4个，是可以同时上4个菜的，就不用担心数据覆盖。

一般情况下，我们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问题。接下来以规则组为主。

那对于STM32的ADC来说，触发ADC开始转换的信号有两种：

一种是软件触发，就是你在程序中手动调用一条代码，就河以启动转换了。

另一种是硬件触发，就是这里的这些触发源，这些触发源主要是来自定时器。有定时器的各个通道，还有TRGO定时器主模式的输出。

那因为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1s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，但是频繁进中断会对主程序有影响。所以对于这种需要频繁进中断，并目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，就可以给TIM3定个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，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。这个过程不需要进中断，节省时间和资源。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。

STM32的ADC时钟源只能选择6分频、12MHz或8分频、9MHz

模拟看门狗，它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，一但超过这个阈值范围了，它就会乱叫，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呢，它们转换完成之后，也会有一个EOC转换完成的信号。在这里，EOC是规则组完成的信号，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到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

左边是输入通道，16个GPIO口，外加两个内部的通道。然后进入AD转换器，AD转换器里有两个组，一个是规则组，一个是注入组，规则组最多可以选中16个通道，注入组最大可以选择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。然后下面这里有触发控制， 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，如果超出设定的阈值，就通过中断输出控制，向NVIC申请中断。另外，规则组和注入组转换完成后会有个EOC信号，它会置一个标志位，当然也可以通向NVIC。最后右下角这里还有个开关控制，在库函数中，就是ADC_Cmd函数，用于给ADC上电的。

 ADC输入通道

ADC1和ADC2的输入引脚是相同的，ADC1和ADC2可以分开工作，也一起工作。一起工作叫双ADC模式，比较复杂，了解即可。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，这样就可以进一步提高采样率。

这里只有ADC1有通道16和17，ADC2和ADC3是没有的。

 

 规则组的四种转换模式

分别是单次转换非扫描模式、连续转换非扫描模式、单次转换扫描模式和连续转换扫描模式。

那在我们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；另一个是选择扫描模式还是非扫描模式的。

下面的列表就是规则组里的菜单，你可以在这里“点菜”，就是写入你要转换的通道。在非扫描的模式下，这个菜单就只有第一个序列1的位置有效。在这里我们可以在序列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，我们就可以触发转换，ADC就会对这个通道2进行模数转换，过段时间转换完成后，转换结果放在数据寄存器里，同时给EOC标志位置1，转换过程就结束了。我们判这个EOC标志位，如果转换完了，就可以在数据寄存器里读取结果。如果我们想再启动一次转换，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，然后再启动转换就行。这就是单次转换，非扫描模式。没有用到菜单列表。

接下来我们看一下连续转换，非扫描模式 ，首先，它还是非扫描模式，所以菜单列表就只用第一个。然后它与上一种单次转换不同的是，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，然后一直持续下去。这样就只需要最开始触发一次，之后就可以一直转换了。这个模式的好处就是，开始转换之后不需要等待一段时间。因为它一直都在转换，所以你就不需要手动开始转换了，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是了。

然后继续看。单次转换，扫描模式 ， 这个模式也是单次转换，所以每触发一次，转换结末后，就会停下来。下次转换就得再触发才能开始。然后它是扫描模式，这就会用到这个菜单列表了，你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，等等等等。菜单里每个位置是通道几可以任意指定，并且也是可以重复的。然后初始化结构体里还会有个参数，就是通道数目，因为这16个位置你可以不用完，只用前几个，那你就需要再给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，它就依次对这前7个位置进行AD转换，转换结果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，就又开始新一轮的转换。这就是单次转换，扫描模式的工作流程。

那最后再看一下连续转换，扫描模式 ，就是一次转换完成后，立刻开始下一次的转换。

触发控制

数据对齐

我们这个ADC是12位的，它的转换结果就是一个12位的数据。但是这个数据寄存器是16位的，所以就存在一个数据对齐的问题。

数据右对齐：就是12位的数据向右靠，高位多出来的补零。一般用右对齐。这样读取这个16位寄存器，直接就是转换结果。

数据左对齐用法：如果你不需要那么高分辨率，那你就可以选择左对齐。然后再把这个数据的高8位取出来，这样就舍去了后面4位的精度。

 转换时间

转换时间这个参数，我们一般不太敏感，因为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转换是需要时间的，主要花在采样、保持、量化、编码这四个步骤上。

为什么需要采样保持？这是因为，我们的AD转换，就是后面的量化编码，是需要一小段时间的，如果在这一小段时间里，输入的电压还在不断变化。那就没法定位输入电压到底在哪了是吧，所以在量化编码之前，我们需要设置一个采样开关。先打开采样开关，收集下外部的电压，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，再进行后面的AD转换。这样在量化编码的期间，电压始终保持不变。这样才能精确地定位未知电压的位置。

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。这个采样时间可以在STM32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。因为STM32的ADC是12位的，所以后面的量化编码最少也要12个ADC周期。

校准

这个校准过程是固定的，我们只需要在ADC初始化的最后，加几条代码就行了。至于怎么计算、怎么校准，不用管。

 硬件电路

下面是三种常见的电路，第一个是一个电位器产生可调的电压，这里电位器的两个固定端，一端接3.3V，另一端接GND。这样中间的滑动端就可以输出一个0~3.3V可调的电压输出了。我们这里可以接ADC的输入通道，比做如PA0口。当滑动端往上滑时，电压增大，往下滑时，电压减小。需注意电阻RP1一般至少要接KΩ级的电阻，比如这里接的是10K的电阻。

中间的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，都可等效为一个可变电阻。那电阻值没法直接测量，所以这里就可以通过和一个固定电阻串联分压，来得到一个反应电阻值电压的电路。那这里，传感器阻值变小时，下拉作用变强，输出端电压就下降。这个固定电阻R1一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。当然这里传感器和固定电阻的位置也可以换过来，这样的话，输出电压的极性就反过来了。这就是这个分压方法来输出传感器阻值的电路。

右边的电路是一个简单的电压转换电路，比如你想测一个0~5V的VIN电压，但是ADC只能接收0~3.3V的电压。那就可以搭建一个这样的简易转换电路，在这里还是使用电阻分压，上面阻值17K，下面阻值33K，加起是50K。所以根据分压公式，中间的电压就是VIN/50Kx33K。最后得到的电压范围就是0~3.3V，就可以进入ADC转换了。如果想采集5V、10V这种，是可以用这种电路，再高电压就不建议使用了。