第七章--STM32-的-AD-转换模块-《基于ARM的单片机应用及实践--STM32案例式教学》课.ppt

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1、第七章第七章 STM32 的的 A/D 转换模块转换模块7.1A/D 模块主要技术指标及选型模块主要技术指标及选型A/D 转换是将输入模拟信号转换成相对应的数字信号输出。常用的 A/D 转换芯片根据其转换原理分为如下几种类型：积分型 逐次比较型 并行比较型/串并行比较型 调制型 7.1A/D 模块主要技术指标及选型模块主要技术指标及选型A/D 转换器主要技术指标分析转换器主要技术指标分析1.转换范围UFSR 2.分辨率3.绝对精度4.转换时间和转换率5.量化误差6.偏移误差7.满刻度误差8.线性度不同类型的 ADC 转换器的结构、转换原理和性能指标方面的差异非常大。表 7.1 列出了常用类型的

2、 ADC 的主要特点和应用范围。7.1A/D 模块主要技术指标及选型模块主要技术指标及选型2.与 ADC 配套使用其他芯片的选用依据为了配合 ADC 的使用，一般在 ADC 的外围还需要添加一些其他芯片，常见的有多路模拟开关电路、采样/保持器和运算放大器等。7.1A/D 模块主要技术指标及选型模块主要技术指标及选型7.1A/D 模块主要技术指标及选型模块主要技术指标及选型3.ADC 选型ADC 芯片选型（DAC 芯片选型）可以通过访问下面几大公司的网站选择所需要的 ADC。ADI 公司（美国模拟器件公司），TI 公司（德州仪器），Linear Technology 公司（凌特），Maxim 公

3、司（美信），National Semiconductor 公司（国家半导体），4.基准电压源的选择基准电压源提供稳定的基准电压，要求什么样的基准电压源指标取决于具体应用。作为电路设计的一个关键因素，基准电压源的选择需要考虑多方面的问题并做出折。两种常见的基准源是齐纳和带隙基准源。齐纳基准源通常采用两端并联拓扑；带隙基准源通常采用三端串联拓扑。7.1A/D 模块主要技术指标及选型模块主要技术指标及选型7.2 STM32A/D 转换模块转换模块STM32芯片内部集成的12位ADC：是一种逐次逼近型模拟数字转换器。具有18个通道可测量16个外部和2个内部信号源。ADC系统各通道的A/D转换可以单次、

4、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。ADC 的输入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2 经分频产生。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块ADC 主要特征主要特征 12 位分辨率 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 单次和连续转换模式 从通道 0 到通道 n 的自动扫描模式 自校准 带内嵌数据一致性的数据对齐 采样间隔可以按通道分别编程 规则转换和注入转换均有外部触发选项 间断模式 双重模式(带 2 个或以上 ADC 的器件)ADC 供电要求：2

5、.4V 到 3.6V ADC 输入范围：VREF-VIN VREF+规则通道转换期间有 DMA 请求产生7.2 STM32A/D 转换模块转换模块ADC 开关控制开关控制通过设置 ADC_CR2 寄存器的 ADON 位可给 ADC 上电。当第一次设置 ADON 位时，它将 ADC 从断电状态下唤醒。ADC 上电延迟一段时间后(tSTAB)，再次设置 ADON 位时开始进行转换。通过清除 ADON 位可以停止转换，并将 ADC 置于断电模式。在这个模式中，ADC 几乎不耗电(仅几个 A)。ADC 时钟时钟由时钟控制器提供的 ADCCLK 时钟和 PCLK2(APB2 时钟)同步。RCC 控制器为

6、 ADC时钟提供一个专用的可编程预分频器，详见小容量、中容量和大容量产品的复位和时钟控制(RCC)。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块ADC转换模式转换模式单次转换模式单次转换模式下，ADC 只执行一次转换。该模式既可通过设置 ADC_CR2 寄存器的ADON 位(只适用于规则通道)启动也可通过外部触发启动(适用于规则通道或注入通道)，这时 CONT 位为 0。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块连续转换模式在连续转换模式中，当前面 ADC 转换一结束马上就启动另一次转换。此模式可通过外部触发启动或通过设置 ADC_CR2 寄存器上的 ADON 位启动，此时 CONT 位是 1。

7、7.2 STM32A/D 转换模块转换模块ADC校准校准ADC 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。通过设置ADC_CR2寄存器的CAL位启动校准。一旦校准结束，CAL 位被硬件复位，可以开始正常转换。建议在上电时执行一次 ADC 校准。校准阶段结束后，校准码储存在 ADC_DR 中。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块ADC转换转换时序图时序图如下图所示，ADC 在开始精确转换前需要一个稳定时间 tSTAB。在开始 ADC 转换和14 个时钟周期后，EOC 标志被设置，16 位 ADC 数据寄存器包含转换的结果。7.2 STM32A/D 转换模块

8、转换模块ADC使用若干个ADC_CLK周期对输入电压采样，采样周期数目可以通过ADC_SMPR1和 ADC_SMPR2 寄存器中的 SMP2:0位更改。每个通道可以分别用不同的时间采样。总转时间如下计算：TCONV=采样时间+12.5 个周期。例如：当 ADCCLK=14MHz，采样时间为 1.5 周期 TCONV=1.5+12.5=14 周期 =1s。可编程的通道采样时间可编程的通道采样时间7.2 STM32A/D 转换模块转换模块ADC 寄存器描述寄存器描述STM32的ADC可以进行很多种不同的转换模式，这些模式在STM32参考手册都有详细介绍，这里就不在一一列举了。本节仅介绍如何使用规则

9、通道的单次转换模式。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块接下来介绍一下本书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 的各位描述如下图所示：寄存ADC_CR1 各位描述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_SQRxADC_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。7.2 STM32A/D 转换模块转

10、换模块该寄存器的各位描述如下：寄存器 ADC_CR2 操作模式ADCON位用于开关AD转换器。而CONT位用于设置是否进行连续转换，本书使用单次转换，所以CONT位必须为0。CAL和RSTCAL用于AD校准。ALIGN用于设置数据对齐，本书使用右对齐，该位设置为0。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块EXTSEL2:0用于选择启动规则转换组转换的外部事件，详细的设置关系如下：这里使用的是软件触发（SWSTART），所以设置这3个位为111。ADC_CR2的SWSTART位用于开始规则通道的转换，每次转换（单次转换模式下）都需要向该位写1。AWDEN为用于使能温度传感器和Vrefint。S

11、TM32内部的温度传感器本书将在随后章节介绍。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块7.2 STM32A/D 转换模块转换模块ADC_SMPR2 的各位描述如下图所示：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的转换时间可以由下式计算：Tcovn=采样时间+12.5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=14Mhz的时候，并设置1.5个周期的采样时间，则得到:Tcovn=1.5+12.5=14个周期=1us。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块7.2 STM

12、32A/D 转换模块转换模块L3：0用于存储规则序列的长度，本书这里只用了 1 个，所以设置这几个位的值为 0。其他的 SQ1316 则存储了规则序列中第 1316 个通道的编号（017）。另外两个规则序列寄存器同 ADC_SQR1 大同小异，本书这里就不再介绍了，要说明一点的是：本书选择的是单次转换，所以只有一个通道在规则序列里面，这个序列就是 SQ0，通过 ADC_SQR3 的最低5 位设置。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块第四个要介绍的是 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

13、 里面。ADC_DR 的各位描述如下：7.2 STM32A/D 转换模块转换模块最后一个要介绍的 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下：这里本书要用到的是EOC位，本书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，如果完成本书就从ADC_DR中读取转换结果，否则等待转换完成。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块7.2 STM32A/D 转换模块转换模块通过以上介绍，读者了解了 STM32 的单次转换模式下的相关设置，这一节使用ADC1 的通道 0 来进行 AD 转换，其详细设置步骤如下：1）开启PA口

14、时钟，设置PA0为模拟输入。2）使能ADC1时钟，并设置分频因子。3）设置ADC1的工作模式。4）设置ADC1规则序列的相关信息。5）开启 AD 转换器，并校准。6）读取ADC值。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块在上面的校准完成之后，ADC就算准备好了。接下来我们要做的就是设置规则序列0里面的通道，然后启动ADC转换。在转换结束后，读取ADC1_DR里面的值就是了。通过以上几个步骤的设置，我们就可以正常的使用 STM32 的 ADC1 来执行 AD 转换操作了。7.2 STM32A/D 转换模块转换模块ADC 中断中断规则和注入组转换结束时能产生中断，当模拟看门狗状态位被设置时也能产

15、生中断。它们都有独立的中断使能位。表 ADC 中断7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器温度传感器用于测量设备的环境温度(TA)。温度传感器内部连接到 ADC_IN16 输入通道，这个通道用于把传感器输出电压转换为一个数字值。温度传感器模拟输入的采样时间必须大于 2.2us。7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器STM32 内部温度传感器简介内部温度传感器简介STM32有一个内部的温度传感器，可以用来测量CPU及周围的温度(TA)。该温度传感器在内部和ADCx_IN16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。温度传感器模拟输入推荐采样时间是17.1s。温度传感器的

16、结构图下图 所示。温度传感器在不使用的时候处于掉电模式。温度传感器和VREFINT 通道模块图7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器我们要使用STM32的内部温度传感器，必须先激活ADC的内部通道，这里通过ADC_CR2的AWDEN位（bit23）设置。设置该位为1则启用内部温度传感器。STM32 的内部温度传感器固定的连接在 ADC 的通道 16 上，所以，我们在设置好 ADC 之后只要读取通道 16 的值，就是温度传感器返回来的电压值了。根据这个值，我们就可以计算出当前温度。计算公式如下：T（）=（V25-Vsense）/Avg_Slope+25该式中：V25=Vsense在25度

17、时的数值（典型值为：1.43。Avg_Slope=温度与Vsense曲线的平均斜率（单位为mv/或uv/）（典型值为4.3Mv/）。利用以上公式，我们就可以方便的计算出当前温度传感器的温度了。7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器现在，我们就可以总结一下 STM32 内部温度传感器使用的步骤了，如下：1、设置ADC，并开启ADC_CR2的AWDEN位。2、读取通道16的AD值，计算结果。在设置完之后，我们就可以读取温度传感器的电压值了，得到该值就可以用上面的公式计算温度值了。7.3 STM32内部温度传感器内部温度传感器STM32实验板用的

18、是STM32F103VET6，属于增强型的CPU。STM32内部的温度传感器和ADCx_IN16输入通道相连接，此通道把传感器输出的电压值转换成数字值。硬件设计硬件设计7.3 STM32 内部温度传感器内部温度传感器STM32内部温度传感器的使用很简单，只需设置内部ADC。下来介绍温度传感器设置相关的两个部分。第一个部分，要使用STM32的内部温度传感器，必须先激活ADC的内部通道，这里通过ADC_CR2的AWDEN位（bit23）设置。设置该位为1则启用内部温度传感器。第二个部分，STM32的内部温度传感器固定的连接在ADC的通道16上，所以，在设置好ADC之后只要读取通道16的值，就是温度

19、传感器返回来的电压值了。7.3 STM32 内部温度传感器内部温度传感器根据电压值，我们就可以计算出当前温度。计算公式如下：T（）=（V25-Vsense）/Avg_Slope+25，该式中：V25=Vsense在25度时的数值（典型值为：1.43）。Avg_Slope=温度与Vsense曲线的平均斜率（单位为mv/或uv/）（典型值为4.3Mv/）。利用以上公式，我们就可以方便的计算出当前温度传感器的温度了。7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器STM32内部温度传感器编程流程如下图所示：打开MDK 开发坏境，建立工程，取名TEST_LED。步骤一：初始化串口，使用函数为USART1

20、_Config()。步骤二：使能ADC1，并使ADC1 工作于DMA 方式，使用函数为static void ADC1_Mode_Config();该函数的实现如下：7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器步骤三：main.c 中，在主函数中，根据ADC 得到的温度值ADC_ConvertedValue 计算当前温度Current_Temp 并通过串口显示出来、添加如下程序：7.3STM32 内部温度传感器内部温度传感器while(1)Delay(0

21、xffffee);/延时Current_Temp=(V25-ADC_ConvertedValue)/AVG_SLOPE+25;/计算当前温度printf(rn The current temperature=%3d rn,Current_Temp);/10 进制显示7.4STM32 ADC 实验软件设计软件设计1）开启PC口时钟，设置PC1为模拟输入。2）使能ADC1时钟，并设置分频因子。3）设置ADC1的工作模式。4）设置ADC1规则序列的相关信息。5）开启AD转换器，并校准。6）读取ADC值。7.4STM32 ADC 实验实验硬件设计硬件设计这里我们要用到的是EOC位，我们通过判断该位来决

22、定是否此次规则通道的AD转换已经完成，如果完成我们就从ADC_DR中读取转换结果，否则等待转换完成。我们通过ADC1的通道11（对应到GPIO中的PC1）来读取外部电压值，实验板上有一个电位器（R26）调节输入电压值在0V3.3V之间变化。如下图所示：7.4STM32 ADC 实验实验通过以上几个步骤的设置，我们就可以正常的使用STM32的ADC1来执行AD转换操作了。实验结果如下图所示。小结小结本章主要介绍了 AD 转换器的基本概念，以及在工程实践中选取 AD 转换器的一些基本原则。针对 STM32 系列单片机本章重点介绍了片内 AD 转换器的使用方法以及集成温度传感器的使用技巧。最后给出了工程实例。Thanks！