第15章模拟数字转换器ADC自学内容.ppt
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1、第15章模拟数字转换器ADC自学内容现在学习的是第1页,共63页 12位 ADC 是一种逐次逼近型模拟数字转换器。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。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/低阀值值。现在学习的是第2页,共63页一、一、ADCADC的构成的构成1 1、主要特征、主要特征n n1212位分辨率位分辨率n n转换结束,注入转换结束和发生模拟看门狗事件时产生转换结束,注入转换结束和发生模拟看门狗事件时产生中断中断n n单次和连续转换
2、模式单次和连续转换模式n n从通道从通道0 0到通道到通道n n的自动扫描模式的自动扫描模式n n自校准自校准n n带内嵌数据一致的数据对齐带内嵌数据一致的数据对齐n n通道之间采样间隔可编程通道之间采样间隔可编程现在学习的是第3页,共63页l l规则转换和注入转换均有外部触发选项规则转换和注入转换均有外部触发选项l l间断模式间断模式l l双重模式双重模式(带带2 2个个ADCADC的器件的器件)l lADCADC转换速率转换速率1MHz ADC1MHz ADC供电要求:供电要求:2.4V 2.4V 到到 3.6V3.6Vl lADCADC输入范围:输入范围:VREF-VIN VREF+VR
3、EF-VIN VREF+l l规则通道转换期间有规则通道转换期间有DMADMA请求产生。请求产生。现在学习的是第4页,共63页2 2、内部框图、内部框图现在学习的是第5页,共63页名称名称信号类型信号类型注解注解VREF+VREF+输入,模拟参考正输入,模拟参考正极极ADCADC使用的高端使用的高端/正极参考电压,正极参考电压,VSSA VSSA VREF+VDDA VREF+VDDA VDDA VDDA 输入,模拟电源输入,模拟电源等效于等效于VDDVDD的模拟电源且:的模拟电源且:2.4V 2.4V VDDA VDD(3.6V)VDDA VDD(3.6V)VREF-VREF-输入,模拟参考
4、负输入,模拟参考负极极ADCADC使用的低端使用的低端/负极参考电压,负极参考电压,VREF-=VREF-=VSSA VSSA VSSA VSSA 输入,模拟电源地输入,模拟电源地等效于等效于VSSVSS的模拟电源地的模拟电源地ADC_IN15:0 ADC_IN15:0 模拟输入信号模拟输入信号16 16 个模拟输入通道个模拟输入通道EXTSEL2:0 EXTSEL2:0 输入,数字输入,数字开始规则成组转换的六个外部触发信号开始规则成组转换的六个外部触发信号JEXTSEL2:0JEXTSEL2:0 输入,数字输入,数字开始注入成组转换的六个外部触发信号开始注入成组转换的六个外部触发信号3 3
5、、引脚描述、引脚描述现在学习的是第6页,共63页二、二、ADCADC的功能描述的功能描述1 1、ADC ADC 开关控制开关控制n n通过设置通过设置 ADC_CR1 ADC_CR1 寄存器的寄存器的 ADON ADON 位可给位可给 ADC ADC 上上电。当第一次设置电。当第一次设置 ADON ADON 位时,它将位时,它将 ADC ADC 从断电状从断电状态下唤醒;态下唤醒;n nADC ADC 上电延迟一段时间后上电延迟一段时间后(tSTAB)(tSTAB),再次设置,再次设置ADON ADON 位时开始进行转换;位时开始进行转换;n n通过清除通过清除ADONADON位可以停止转换,
6、并将位可以停止转换,并将 ADC ADC 置于断电置于断电模式。模式。现在学习的是第7页,共63页2 2、ADC ADC 时钟时钟由时钟控制器提供的由时钟控制器提供的 ADCCLK ADCCLK 时钟和时钟和 PCLK2(APB2PCLK2(APB2时钟时钟)同步,同步,CLK CLK 控制器为控制器为 ADC ADC 时钟提供一个专用的可编时钟提供一个专用的可编程预分频器。程预分频器。现在学习的是第8页,共63页3 3、通道选择、通道选择n n有有1616个多路通道。可以把转换分成两组:个多路通道。可以把转换分成两组:规则组和注规则组和注入组入组。可以在任意多个通道上以任意顺序进行的一系列。
7、可以在任意多个通道上以任意顺序进行的一系列转换构成成组转换。例如,可以如下顺序完成转换:通转换构成成组转换。例如,可以如下顺序完成转换:通道道3 3、通道、通道8 8、通道、通道2 2、通道、通道2 2、通道、通道0 0、通道、通道2 2、通道、通道2 2、通道通道1515。n n规则组由多达规则组由多达1616个转换组成个转换组成。规则通道和它们的转换顺。规则通道和它们的转换顺序在序在ADC_SQRxADC_SQRx寄存器中选择。规则组中转换的总数写寄存器中选择。规则组中转换的总数写入入ADC_SQR1 ADC_SQR1 寄存器的寄存器的L3:0L3:0位中。位中。现在学习的是第9页,共63
8、页l l注入组由多达注入组由多达4 4个转换组成个转换组成。注入通道和它们的转换顺。注入通道和它们的转换顺序在序在 ADC_JSQR ADC_JSQR 寄存器中选择。注入组里的转换总数寄存器中选择。注入组里的转换总数目写入目写入 ADC_JSQR ADC_JSQR 寄存器的寄存器的L1:0L1:0位中。位中。l l温度传感器和通道温度传感器和通道 ADC_IN16 ADC_IN16 相连接,内部参考电压相连接,内部参考电压 VREFINT VREFINT 和和 ADC_IN17 ADC_IN17 相连接。可以按注入或规则通道对相连接。可以按注入或规则通道对这两个内部通道进行转换。这两个内部通道
9、进行转换。现在学习的是第10页,共63页4 4、单次转换模式、单次转换模式单次转换模式里,单次转换模式里,ADCADC只执行一次转换只执行一次转换。一旦选择通。一旦选择通道的转换完成:道的转换完成:n n如果一个规则通道被转换:转换数据被储存在如果一个规则通道被转换:转换数据被储存在1616位位ADC_DRADC_DR寄存器中,寄存器中,EOC(EOC(转换结束转换结束)标志被设置,如果设标志被设置,如果设置了置了EOCIEEOCIE,则产生中断。,则产生中断。n n如果一个注入通道被转换:转换数据被储存在如果一个注入通道被转换:转换数据被储存在1616位的位的ADC_DRJ1ADC_DRJ1
10、寄存器中,寄存器中,JEOC(JEOC(注入转换结束注入转换结束)标志被设置,标志被设置,如果设置了如果设置了JEOCIE JEOCIE 位,则产生中断。位,则产生中断。n n然后然后ADCADC停止。停止。现在学习的是第11页,共63页5 5、连续转换模式、连续转换模式在连续转换模式中,当前面在连续转换模式中,当前面ADCADC转换一结束马上就启动转换一结束马上就启动另一次转换另一次转换。每个转换后:。每个转换后:n n如果一个规则通道被转换:转换数据被储存在如果一个规则通道被转换:转换数据被储存在1616位的位的ADC_DR ADC_DR 寄存器中,寄存器中,EOC(EOC(转换结束转换结
11、束)标志被设置,如果标志被设置,如果设置了设置了EOCIEEOCIE,则产生中断。,则产生中断。n n如果一个注入通道被转换:转换数据被储存在如果一个注入通道被转换:转换数据被储存在1616位的位的ADC_DRJ1ADC_DRJ1寄存器中,寄存器中,JEOC(JEOC(注入转换结束注入转换结束)标志被设置,标志被设置,如果设置了如果设置了JEOCIE JEOCIE 位,则产生中断。位,则产生中断。现在学习的是第12页,共63页6 6、时序图、时序图ADCADC在开始精确转换前需要一个稳定时间在开始精确转换前需要一个稳定时间tSTAB tSTAB。在开始。在开始ADCADC转换和转换和1414个
12、时钟周期后,个时钟周期后,EOCEOC标志被设置,标志被设置,1616位位ADCADC数据寄存器包含转换的结果。数据寄存器包含转换的结果。现在学习的是第13页,共63页8 8、扫描模式、扫描模式此模式用来扫描一组模拟通道。此模式用来扫描一组模拟通道。n n在每个组的每个通道上执行单次转换,在每个组的每个通道上执行单次转换,在每个转换在每个转换结束时,同一组的下一个通道被自动转换结束时,同一组的下一个通道被自动转换。如果设。如果设置了置了CONTCONT位,转换不会在选择组的最后一个通道上停止,位,转换不会在选择组的最后一个通道上停止,而是再次从选择组的第一个通道继续转换。而是再次从选择组的第一
13、个通道继续转换。n n如果设置了如果设置了DMADMA位,在每次位,在每次EOCEOC后,后,DMADMA控制器把规则组控制器把规则组通道的转换数据传输到通道的转换数据传输到SRAMSRAM中。而注入通道转换的数中。而注入通道转换的数据总是存储在据总是存储在ADC_JDRxADC_JDRx寄存器中。寄存器中。现在学习的是第14页,共63页三、校准三、校准 n nADCADC有一个内置自校准模式。校准可大幅减小因内部有一个内置自校准模式。校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的准精度误差。电容器组的变化而造成的准精度误差。n n通过设置通过设置ADC_CR2ADC_CR2寄存器的寄存器的CAL
14、CAL位启动校准。一旦校准结位启动校准。一旦校准结束,束,CALCAL位被硬件复位,可以开始正常转换。位被硬件复位,可以开始正常转换。注意:注意:1 1、建议在每次上电后执行校准。、建议在每次上电后执行校准。2 2、启动校准前,、启动校准前,ADCADC必须处于关电状态必须处于关电状态(ADON=0)(ADON=0)超过超过至少两个至少两个ADCADC时钟周期。时钟周期。现在学习的是第15页,共63页校准时间框图 现在学习的是第16页,共63页四、数据对齐四、数据对齐 数据可以左对齐或右对齐。数据可以左对齐或右对齐。数据右对齐(注入组)数据右对齐(注入组)数据右对齐(数据右对齐(规则规则组)组
15、)数据左对齐(注入组)数据左对齐(注入组)数据左对齐(数据左对齐(规则规则组)组)现在学习的是第17页,共63页五、可编程的通道采样时间五、可编程的通道采样时间ADCADC使用若干个使用若干个ADC_CLKADC_CLK周期对输入电压采样,采样周期数周期对输入电压采样,采样周期数目可以通过目可以通过ADC_SMPR1ADC_SMPR1和和ADC_SMPR2ADC_SMPR2寄存器中的寄存器中的SMP2:0SMP2:0位而更改。每个通道可以以不同的时间采样。位而更改。每个通道可以以不同的时间采样。总转换时间如下计算:总转换时间如下计算:TCONV=TCONV=采样时间采样时间 +12.5+12.
16、5个周期个周期例如:当例如:当ADCCLK=14MHzADCCLK=14MHz,则,则1.51.5周期的采样时间周期的采样时间TCONV=TCONV=1.5+12.5=141.5+12.5=14周期周期 =1=1 s s 现在学习的是第18页,共63页七、七、DMADMA请求请求n n因为规则通道转换的值储存在一个唯一的数据寄存器中,因为规则通道转换的值储存在一个唯一的数据寄存器中,所以当转换多个规则通道时需要使用所以当转换多个规则通道时需要使用DMADMA,这可以避免丢,这可以避免丢失已经存储在失已经存储在ADC_DRADC_DR寄存器中的数据。寄存器中的数据。n n只有在规则通道的转换结束
17、时才产生只有在规则通道的转换结束时才产生DMADMA请求,并将转请求,并将转换的数据从换的数据从ADC_DRADC_DR寄存器传输到用户指定的目的地址。寄存器传输到用户指定的目的地址。n n注入通道不能使用注入通道不能使用DMADMA。现在学习的是第19页,共63页DMA请求映像 DMADMASW TRIGGERDMA DMA 请求请求ORORADC1TIM2_CC3TIM4_CC1SW TRIGGERORORUSART3_TXSW TRIGGERORORSW TRIGGERORORSW TRIGGERORORSW TRIGGERORORSW TRIGGEROROR高优先级请求高优先级请求低优
18、先级请求低优先级请求通道通道1 1TIM1_CC1TIM2_UPTIM3_CC3SPI1_RXUSART3_RXTIM1_CC2SPI1_TXTIM3_CC4TIM3_UPSPI2_RXI2C2_TXTIM1_CC4USART1_TXTIM1_CCUTIM1_TRIGTIM4_CC2USART1_RXTIM1_UPSPI2_TXI2C2_RXTIM2_CC1TIM4_CC3USART2_RXTIM1_CC3TIM3_CC1I2C1_TXTIM3_TRIGUSART2_TXTIM2_CC2TIM2_CC4TIM4_UPI2C1_RX通道通道2 2通道通道3 3通道通道4 4通道通道5 5通道通道
19、6 6通道通道7 7现在学习的是第20页,共63页八、温度传感器八、温度传感器温度传感器可以用来测量器件周围的温度温度传感器可以用来测量器件周围的温度(TA)(TA)。温。温度传感器在内部和度传感器在内部和 ADC_IN16 ADC_IN16 输入通道相连接,此通道输入通道相连接,此通道把传感器输出的电压转换成数字值。温度传感器模拟把传感器输出的电压转换成数字值。温度传感器模拟输入的采样时间必须大于输入的采样时间必须大于2.2 2.2 s s。当温度传感器没有。当温度传感器没有被使用时,可以置于关电模式。被使用时,可以置于关电模式。1.1.主要特征主要特征l l支持的温支持的温范围:范围:-4
20、0-40 到到125 125 l l精确精确:+/-1.5C+/-1.5C现在学习的是第21页,共63页2.2.温温传感器和传感器和VREFINTVREFINT通道框图通道框图 ADC_IN16(ADC_IN16(温度传感器温度传感器)和和ADC_IN17(VREFINT)ADC_IN17(VREFINT)的转的转换。换。现在学习的是第22页,共63页3.3.读取温度的方法读取温度的方法l l选择选择ADCx_IN16ADCx_IN16输入通道输入通道l l选择采样时间大于选择采样时间大于2.2 s2.2 sl l设置设置TSVREFETSVREFE位,以唤醒关电模式下的温度传感器位,以唤醒关
21、电模式下的温度传感器l l通过设置通过设置ADONADON位启动位启动ADCADC转换转换l l读读ADCADC数据寄存器上的数据寄存器上的V VSENSESENSE 数据数据l l利用下列公式得出温度利用下列公式得出温度 温度温度(C)=(V(C)=(V2525-V-VSENSESENSE)/Avg_Slope+25)/Avg_Slope+25 V V2525=V=VSENSESENSE在在 25C 25C 时的数值(典型值时的数值(典型值=1.42V=1.42V,对应于,对应于对应对应0 x6E20 x6E2(1762D 1762D)Avg_Slope Avg_Slope 温温与与V VS
22、ENSESENSE 曲线的平均斜曲线的平均斜 (典型值(典型值=4.35mv/C=4.35mv/C,对应于,对应于0 x05/C 0 x05/C)现在学习的是第23页,共63页九、中断九、中断规则和注入组转换结束时能产生中断,当模拟看门狗状规则和注入组转换结束时能产生中断,当模拟看门狗状态位被设置时也能产生中断,它们都有独立的中断使能态位被设置时也能产生中断,它们都有独立的中断使能位。位。中断事件中断事件事件标志事件标志使能控制位使能控制位规则组转换结束规则组转换结束EOC EOC EOCIE EOCIE 注入组转换结束注入组转换结束JEOC JEOC JEOCIE JEOCIE 设置模拟看门
23、狗状态位设置模拟看门狗状态位AWD AWD AWDIE AWDIE 现在学习的是第24页,共63页十、ADC固件库函数l ADC_InitADC_Init 的使用方法函数原形函数原形void ADC_Init(ADC_TypeDef*ADCx,void ADC_Init(ADC_TypeDef*ADCx,ADC_InitTypeDef*ADC_InitStruct)ADC_InitTypeDef*ADC_InitStruct)功能描述功能描述根据根据 ADC_InitStruct ADC_InitStruct 结构的内容初始化结构的内容初始化 ADCx ADCx 接口接口.输入参数输入参数1
24、1ADCx:ADCx:其中其中 x x 可以是可以是 1 1 或或 2.2.输入参数输入参数2 2ADC_InitStruct:ADC_InitStruct:指向指向 ADC_InitTypeDef ADC_InitTypeDef 结构结构.现在学习的是第25页,共63页ADC_InitTypeDef 结构:该结构定义在 stm32f10 x_adc.h 文件中。typedef struct u32 ADC_Mode;FunctionalState ADC_ScanConvMode;FunctionalState ADC_ContinuousConvMode;u32 ADC_ExternalT
25、rigConv;u32 ADC_DataAlign;u8 ADC_NbrOfChannel;ADC_InitTypeDef 现在学习的是第26页,共63页ADC_Mode 参数配置 ADC 工作在单/双模式.ADC_ModeADC_Mode描述描述ADC_Mode_Independent ADC_Mode_Independent ADC1 ADC1 和和 ADC2 ADC2 工作在独立模式工作在独立模式ADC_Mode_RegInjecSimult ADC_Mode_RegInjecSimult ADC1 ADC1 和和 ADC2 ADC2 工作在同时规则注入工作在同时规则注入模式模式ADC_
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