一、ADC简介

1、ADC，全称：Analog-to-Digital Converter，指模拟/数字转换器

把一些传感器的物理量转换成电压，使用ADC采集电压，然后转换成数字量，经过单片机处理，进行控制和显示。

 2、常见的ADC类型

3、并联比较型工作示意图

 假如VREF参考电压为8v，那么从下到上电压为1V，2V、、8V，Vx为模拟电压输入，假如输入电压为1V，那最下边的比较器就会给编码器输出电压，然后编码器经过编码，就是输出001，代表1V。如果输出为3V，则第三个比较器输出给编码器，输出011，代表3V。这个编码器输出是3位的，称为ADC的分辨率。

优点：转换速度快

缺点：成本高、功耗高、分辨率低，成本高主要是需要2的分辨率次方个电阻，这里分辨率为3，所以需要8个电阻，7个比较器。如果是12位的分辨率，需要4096个电阻和4095个比较器。

4、逐次逼近型工作示意图

首先是数码寄存器进行编码，一般是先把高位定位1，也就是100，然后经过D/A转换器转换成模拟电压，连接到比较器上边，输入电压Vx与这个电压进行比较，如果输入电压大于等于比较电压，控制电路会把数码寄存器的最高位锁存下来，然后第二轮把次高位置为1，当还是输入电压大，就把第二位也保存下来，将最低位设置为1，进行第三轮比对，如果输入电压还是比比较电压大，就超过了量程范围了，如果比比较电压小，就说明此时输入电压与比较电压接近，次数数码寄存器的值就是ADC的值了，采集也是接近，不是准确的。 

类似于天平，一点点的加大电压。

特点：分辨率和采样速度相互矛盾，分辨率越高，采样速率越低

优点：结构简单、低功耗

缺点：转换速度较慢

5、ADC的特性参数

分辨率：表示ADC能辨别的最小模拟量，用二进制位数表示，比如:8、10、12、16位等。可以理解为刻度划分，以12位为例，如果参考电压为3.3V，就会把3.3V平分为4096份。
转换时间：表示完成一次A/D转换所需要的时间，转换时间越短，采样率就可以越高，如果一次转换时间为200ms，则1s可以转换5次。
精度：最小刻度基础上叠加各种误差的参数，精度受ADC性能、温度和气压等影响
量化误差：用数字量近似表示模拟量，采用四舍五入原则，此过程产生的误差为量化误差。假设最小分辨率为1V，当输入电压为0.8V的时候，四舍五入被ADC采集后是1V，量化误差就是0.2V。

6、STM32各系列ADC的主要特性

二、ADC工作原理 

2.1 ADC框图简介

F1系列：

①参考电压/模拟部分电压，其中VDDA和VSSA就是供电电源，VREF+和VREF-是参考电压。

②输入通道，总共有16个通道，都是来自IO口的复用。可以看到图中ADC通道总共有18个，16个为IO口，还有两个通道，一个通道连接温度传感器，另一个连接内部参考电压VREFINT。

③转换序列，决定18个通道怎么分组进行转换的。

④触发源，一个是规则组触发，一个是注入组触发。规则组触发来自下面部分，首先需要将图中EXTRIG位置1。然后看图发现，由EXTSEL位决定。如果选择外部中断线11或者定时器8的，还需要多设置一个选择器。注入组触发跟规则组是类似的。只是触发源不一样。左边是ADC1和ADC2的触发源，右边的是ADC3的触发源。

⑤转换时间，由ADC时钟影响。

⑥数据寄存器，ADC转换结果会放到数据寄存器里边，有注入通道数据寄存器和规则通道数据寄存器。其中注入通道数据寄存器有4个，每个注入通道各对应一个寄存器。而规则通道数据寄存器只有一个，所以16个通道公用一个寄存器。由于公用可能导致数据丢失，所以下方有DMA请求，开启相应的DMA请求，让DMA帮助搬运数据，防止数据丢失。

⑦中断

当数据寄存器里边有数据代表转换结束，就会产生响应的标志位。转换结束将EOC置1，如果还把对应的中断使能，就会产生中断请求，中断信号就会来到NVIC里边。

当注入组通道转换结束之后，JEOC标志位就会置为1，开启中断使能位之后，也会产生中断。

模拟看门狗，在ADC寄存器里边可以设置阀值高限和阀值低限。当ADC转换结果高于阀值或者低于阀值，模拟看门狗时间标志位都会置1。

F4系列：

①参考电压/模拟部分电压，与F1一样

②输入通道，比F1对一个VBAT通道，总共19个通道。

③转换序列，与F1一样

④触发源，与F1不一样，不过也是配置选择器，规则组有规则组的触发，注入组有注入组的触发。

⑤转换时间

⑥数据寄存器

⑦中断，多了一个DMA溢出中断，如果DMA读的数据是丢失的，就会产生中断。

 F7系列与F4几乎差不多，自行查看使用手册。

H7系列：

①VREF+电压，参考数据手册即可。

②ADC双时钟域架构，可以选择两个ADC工作时钟。

③输入通道，H7系列支持差分转换，常用的是单端模式，所以一般只使用上面那个通道即可。在单端模式下，下面那个会自动接到地上面。

④转换序列

⑤触发源，也是分为规则组触发和注入组触发。

⑥转换时间

⑦参考电压

⑧ADC核心，逐次逼近型ADC。

⑨数据寄存器

⑩中断，中断非常多

⑪通道预选控制信号，例如想要转换通道5，就需要先将这个预选里边对应的通道位置1，不然转换结果不正确，相当与开关 。

2.2 参考电压/模拟部分电压

模拟部分电源：正极VDDA由3.3V经过RC低通滤波器，即可得到。负极VSSA就是地。

ADC供电电源：VSSA、 VDDA （2.4V≤VDDA≤3.6V ） ，实际接的3.3V。

参考电压：

VREF+实际经过一个跳线帽，把这个跳线帽接上，那么VREF+也就连接到了VDDA，VDDA就是3.3V。VREF-接的地。

ADC输入电压范围：VREF–≤VIN≤VREF+（即0V≤VIN≤3.3V ） ，ADC输入的电压一定在这个范围内，不然会烧掉芯片。

2.3 输入通道

其中ADC前16个通道是GPIO复用配置的，后面两个是内部的。ADC2和ADC3有一些通道连接的是VSS。这个表在手册里是找不到的，但是可以在数据手册里边的引脚部分看到ADC引脚。 

2.4 转换序列

A/D转换被组织为两组：规则组（常规转换组）和注入组（注入转换组），在F1和F4系列里边，叫规则组和注入组。在F7和H7里边，叫常规转换组和注入转换组。

规则组最多可以有16个转换，注入组最多有4个转换。通道转换顺序可以设置。

规则组与注入组执行优先级对比： 

规则组有16个通道，可以设置16个顺序。注入组有4个通道，可以设置4个转换顺序。

这里注入组可以打断规则组的转换，假如规则组正在按顺序转换，先转换第1个通道，然后在转换第二个通道的时候，发现注入组转换被触发了，这时候会先把规则组的第二个转换完成，然后转去转换注入组的通道，最多把注入组的4个通道都抓换完成，在回去转换规则组的通道。

注入组类似于中断一样，可以打断规则组的转换。其中的顺序1、2、3、4.。。。N就是转换序列。抓换序列分为规则序列和注入序列。

规则组序列设置：

 规则序列寄存器转换序列控制由SQR1、SQR2\SQR3控制，其中SQR3的SQ1[4:0]位设置第一个要转换的通道，假如第一个要转换的通道是15，就把15写入SQ1里边。第二个转换通道12，就把12写入SQ2里边。第三个转换通道1，第四个转换通道1，可以对一个通道多次转换。这里ADC有18个通道对应0-17，规则序列有16个转换顺序。最后把转换的通道数写在SQL里边。这里配置了4个通道，就写入3，而不是写入4，写入4代表有5个通道了。

 注入组序列设置:

由于注入组只有4个通道顺序需要配置，所以一个寄存器即可满足。假如现在需要配置两个通道，那么直接在JL里边设置为1即可。 例如将通道15设置为第一个转换，通道10设置为第二个转换，那么需要将15写进JSQ3里边，而不是JSQ1里边，将10写进JSQ4里边。也就是说从JSQ4开始往上倒着设置。如果转换4个通道就是从JSQ1开始设置。

注意：注入序列的转换顺序是从JSQx[ 4 : 0 ]（x=4-JL[1:0]）开始

2.5 触发源

F1系列：

触发转换的方法有两种：

（1）ADON位触发转换(仅限F1系列)

当ADC_CR2寄存器的ADON位为1时，再单独给ADON位写1，只能启动规则组转换。这个里边的单独意思是，上电后ADON位为1，这时候只给ADON写1，不改变其他位。

（2）外部事件触发转换

外部事件触发转换分为：规则组外部触发和注入组外部触发

规则组外部触发使用方法：

注入组外部触发使用方法：

F4/F7系列：

规则组外部触发使用方法：

注入组外部触发使用方法：

 H7系列：基本与F4没啥区别，就是通道数多了

 规则组外部触发使用方法：

注入组外部触发使用方法：

 

2.6 转换时间 

F1系列：

设置ADC时钟：

这里边APB2最大72M，也就是说分频系数设置为2的时候，可以出现36M的ADC时钟频率。但是ADC最大工作频率14M，超过14M就会转换不准确。所以要设置比14M小。

常见设置分频系数为6，得到ADC工作时钟为12MHz

ADC转换时间：

使用手册：

这个是手册；里边给出的例子，意思就是ADC最短设置SMP为000，需要1.5 + 12,5 = 14个采样周期。ADC时钟为14M，则采样时间为14 * （1 / 14000000） = 1us 

F4系列：

设置ADC时钟：与F1系列一样，只是ADC最大时钟变成了36M了

ADC转换时间：

由于F4和F7系列的ADC分辨率是可以自行设置的，分辨率不同，他的采样周期是不一样的。

 

分辨率不同，F4系列的快速转换模式： 

下面这个是F4的ADC_CR1寄存器里边对RES位的描述，配置分辨率的。 

H7系列较为复杂，这里不举例了 

2.7 数据寄存器

F1系列：

数据寄存器分为规则组和注入组。

规则组：规则组最多16个转换，转换结果会按照转换顺序进行输出，输出到规则转换数据寄存器里边，这个寄存器是32位有效的，但是一般只使用独立模式，所以只用到低16位。高16位是用于双ADC模式的。

注入组：注入组有4个通道，同时注入组有4个数据寄存器，所以每个通道对应一个寄存器。

由于ADC的分辨率为12位的，也就是说ADC转换后，数据只有12位，但是可以看到数据寄存器里边是使用了16位的，那么就存在数据对齐。

由ADCx_CR2寄存器的ALIGN位设置数据对齐方式，可选择：右对齐或者左对齐 。

F4//F7系列：

基本和F1系列一样，只是规则数据寄存器是16位有效的。

即使F4和F7系列支持设置分辨率，但是最高也只是12位，同样存在数据对齐问题。

由ADCx_CR2寄存器的ALIGN位设置数据对齐方式，可选择：右对齐或者左对齐，右对齐就是左边留空格，左对齐就是右边留空格。 

H7系列：

H7系列最大分辨率可以设置为16位的。

由OVSS[3:0]和LSHIFT[3:0]位域设置数据对齐方式，可选择：右对齐或者左对齐

2.8 中断 

F1/F4/F7系列ADC中断事件汇总表：

EOC：用于标志规则通道转换结束，当规则通道数据转换结束完成的时候，这个EOC位会被硬件自动置1，如果使能了EOCIE位，就会产生中断来到NVIC。

JEOC：对应注入通道转换结束的。

AWD：设置了模拟看门狗之后，如果ADC转换结果超过了对应的上限阀值，或者低于下限阀值，就会将AWD位自动置1。如果使能了AWDIE位，就会产生对应的中断。

OVR：F1系列没有这个中断，当CPU读取数据时或者DMA读取数据时，对应数据寄存器已经丢失看或者还没有转换完成就会将OVR位置1.

DMA请求：只适用于规则组

规则组每个通道转换结束后，除了可以产生中断外，还可以产生DMA请求，利用DMA及时把转换好的数据传输到指定的内存里，防止数据被覆盖，也就防止数据丢失。

H7系列中断：

1、ADC准备就绪就可以产生中断

2、常规组里边配置的每一个转换结束可以产生中断，同时常规组里边的所有转换结束也可以产生中断。

3、注入组和规则组一样，每一个和所有转换结束后，都可以产生中断。

4、H7系列有3个模拟看门狗，所以可以产生3个中断。

5、ADC转换分为采样过程和转换过程，采样结束后可以产生中断。

6、上溢就是数据丢失。

2.9 单次转换模式和连续转换模式 

通过设置ADC_CR2寄存器里边的CONT位配置是单词还是连续转换。

CONT位	0	1
转换模式	单次转换模式	连续转换模式

单次转换模式就是只触发一次转换，而连续转换模式就是自动触发下一次转换。连续转换模式只有规则组能设置。

规则组：在单次转换模式下，ADC只会转换一次，然后ADC停止，而连续模式下，ADC不会停止。

注入组：单次转换就是转换一次后停止，连续转换模式下，由于规则组一直在转换，需要将JAUTO位置1，注入组才能转换。

2.10 扫描模式

通过设置SCAN位，SCAN位为1，开启扫描模式，SCAN位为0，关闭扫描模式。

 关闭扫描模式，ADC只会转换规则序列里或者注入系列里边的第一个通道进行转换，后面序列的就不转换了。而开启扫描模式后，ADC会把规则序列里或者注入系列里边的通道都转换一次。

不同模式组合的作用： 如果开启了连续转换和使用扫描模式，会对所有设置的通道都转换一次后，再次开启转换所用通道，连续转换就相当于一个循环。而扫描相当于一个开关，控制转换一个还是序列里边的所有。

例子：如果是转换一次，就选择单次转换，如果是一个通道就不开启扫描，多个通道就开启扫描。

 一种比较少用的模式：不连续采样模式（F1手册称为：间断模式），只适用在扫描模式下。如果设置为2，就是第一次转换1、2通道，第二次转换3、4通道。