嵌入式原理与应用-基于STM32CubeIDE与HAL库 课件 项目7STM32 ADC应用

嵌入式原理与应用集成电路学院

嵌入式课程组STM32ADC应用项目77.1ADC简介01ADC03ADC的应用示例02STM32的ADC了解ADC的工作原理。了解STM32的ADC内部结构。任务内容：任务要求：ADC01ADCADC（Analog-to-DigitalConverter，模数转换器）是一种电子设备，用于将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。在嵌入式系统和电子设备中，ADC是一种至关重要的组件，因为它允许微控制器和处理器捕获来自外部世界的模拟信号，如传感器数据、声音、光线等，并将其转换为数字形式，以便进行处理、存储和分析。ADC的工作原理基于采样和量化两个基本过程。在采样过程中，ADC周期性地测量模拟信号的电压值，并将其转换为数字形式。量化过程则将采样得到的模拟信号值映射到一系列离散的数字值中，以表示信号的大小和幅度。这些数字值通常由二进制编码表示，可以被微处理器或其他数字电路处理。ADCADC的性能通常由几个重要指标来描述，包括分辨率、采样速率、精度、输入电压范围和信噪比等。分辨率：指ADC能够将模拟信号分成多少个离散的数字值，即数字量变化一个最小值时模拟信号的变化量，通常以数字信号的位数来表示。转换速率：指A/D转换一次所需要时间的倒数，即单位时间内完成A/D转换的次数。采样速率：指ADC每秒钟可以进行多少次采样，是两次采样（两次转换）的间隔时间的倒数，为了保证转换的正确完成，一般采样速率必须小于等于转换速率。精度：表示ADC输出数字值与实际模拟信号之间的误差程度，通常以百分比或数字精度（例如，12位、16位）来表示。ADC在嵌入式系统中，ADC通常与传感器一起使用，用于测量和监测物理量，如温度、湿度、压力、光线等。通过将传感器的模拟输出信号转换为数字形式，微控制器可以对这些数据进行处理和分析，从而实现各种应用，如环境监测、自动控制、数据记录等。ADC的重要性和应用广泛性使其成为嵌入式系统中不可或缺的核心组件之一。STM32的ADC02STM32的ADCSTM32单片机的ADC是12位逐次逼近型模数转换器，它有多达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的转换结果是12位，最后存储在16位的寄存器中。左对齐：12位的最高位是寄存器的最高位，低四位没有数据；右对齐：12位的最低位是寄存器的最低位，高四位没数据。STM32的ADCSTM32F1系列产品内嵌的ADC个数、通道数都不相同，使用前需要根据具体型号确定。本项目使用的STM32F103R6具有2个12位的模拟/数字转换器(ADC)，每个ADC共用多达16个外部通道，可以实现单次或扫描转换。ADC的分辨率为12位；供电为2.4~3.6V；输入范围为0~3.6V（VREF-≤VIN≤VREF+）；转换时间是可编程的，采样一次至少要用14个ADC时钟周期，而ADC的时钟频率最高为14MHz，当F1系列最高时钟频率72MHz时转换时间为1.17μs。STM32的ADCSTM32ADC引脚功能ADC的应用示例03ADC的应用示例STM32系列微控制器的模数转换器（ADC）是其中一个核心功能，它可以将模拟信号转换为数字信号。这种功能在许多应用中都是至关重要的，例如传感器数据采集、电池电压监测、音频信号处理等。1.传感器数据采集：许多传感器输出的是模拟信号，例如温度传感器、光敏传感器、压力传感器等。STM32ADC可以将这些模拟信号转换为数字信号，然后通过处理这些数字信号来获取传感器的实时数据。2.电池电压监测：在便携式设备或电池供电系统中，监测电池的电压是非常重要的。STM32ADC可以用来测量电池的电压，并根据电压水平采取相应的措施，例如提醒用户充电或关闭设备以防止电池过度放电。ADC的应用示例3.音频信号处理：在音频处理应用中，例如音频采集、音频处理和音频输出，ADC常用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，以便后续数字信号处理和分析。4.功率监测：在电力电子系统中，对电流和电压的监测是至关重要的。STM32ADC可以用来测量电流和电压，从而实现功率监测和能量管理。5.环境监测：在智能家居、工业自动化和环境监测等应用中，使用STM32ADC可以进行温度、湿度、气压等环境参数的监测，实现对环境的实时监测和控制。7.2STM32ADC应用01STM32CubeMXADC初始化02ADC应用代码编写掌握STM32CubeMXADC初始化方法。能对ADC应用代码进行编写。任务内容：任务要求：STM32CubeMXADC初始化01STM32CubeMXADC初始化在Proteus中新建基于STM32F103C8的工程，在元件模式中添加“POT-HG”可调电阻，在虚拟仪器模式中添加“VirtualTerminal”虚拟终端，并绘制仿真电路图，如图所示。该电路实现功能是PA0将读取到的模拟量（可调电阻阻值）转换为数字量并发送到虚拟终端显示。STM32CubeMXADC初始化打开STM32CubeIDE软件，新建一个基于STM32F103R6单片机的“STM32Project”工程，用STM32CubeMX工具配置时钟树，因为STM32F1系列单片机ADC频率最高为14MHz，所以当时钟频率为72MHz时，需要对ADC频率进行6分频，将12MHz频率时钟提供给ADC。STM32CubeMXADC初始化时钟配置完成后在“Pinout&Configuration”找到“Analog”选择要使用的ADC及ADC1通道，如图所示，选择“ADC1”的通道0。STM32CubeMXADC初始化选择ADC及通道后需要对参数进行设置，如图所示。STM32CubeMXADC初始化在“Rank”中选择ADC通道和采样时间，采样时间如图所示，最短是“1.5Cycles”，最长是“239.5Cycles”，选择“1.5Cycles”时一次转换时间为1.17μs。ADC应用代码编写02ADC应用代码编写主函数“main.c”代码。ADC应用代码编写仿真结果7.3实战演练-实时温控电机系统设计01LM3504STM32单片机优势03温控电机系统设计02L298掌握通过STM32CubeMX初始化ADC、USART的流程。熟悉LM35温度传感器的使用方法。熟悉L298N电机驱动模块的控制方法。任务内容：任务要求：LM3501LM35LM35是一种经典的模拟温度传感器，常用于测量环境温度。LM35系列产品是高精度集成电路温度器件，其输出电压与摄氏温度成线性正比关系。LM35器件无需进行任何外部校准或修整，可在室温下提供±¼°C的典型精度，而在−55°C至+150°C的完整温度范围内提供±¾°C的精度。LM35器件具有低输出阻抗、线性输出和高精度内在校准功能，这些特性使得连接读取或控制电路变得尤为简单。此器件可使用单电源或正负电源供电。LM35器件额定工作温度范围为−55°C至150°C。LM35LM35特点：精准度高：LM35具有较高的温度测量精度，通常在±0.5°C以内。线性输出：LM35的输出是线性的，每摄氏度变化对应着10mV的输出电压变化。宽工作温度范围：LM35适用于较广泛的工作温度范围，通常在-55°C至+150°C之间。无需校准：由于LM35的输出是线性的，因此通常不需要进行校准即可获得准确的温度测量结果。低功耗：LM35的功耗非常低，使其适用于电池供电或功耗敏感的应用。方便接口：LM35的输出是模拟电压信号，可以直接连接到微控制器的模拟输入端口进行测量。可靠性高：LM35是一种成熟的传感器，具有较高的可靠性和稳定性，被广泛应用于工业和消费电子领域。L29802L298L298是一种经典的双H桥驱动芯片，常用于直流电机的驱动和控制。它具有双H桥结构，L298集成了两个H桥驱动电路，可以分别控制两个直流电机的转向和转速。L298可以分别接受逻辑控制信号和功率供电信号，实现逻辑电平与功率电平的隔离，从而保护微控制器和其他逻辑电路。L298能够提供较大的输出电流，通常可达2A至3A，适用于大部分小型直流电机的驱动需求。L298支持PWM（脉冲宽度调制）控制，可以通过调节PWM信号的占空比来实现电机的速度控制。L298广泛应用于小型机器人、车辆模型、智能小车、自动门控制等领域，是一种常用的直流电机驱动芯片。L298L298引脚功能如下：控制引脚IN1&IN2电机驱动器A的输入引脚，控制电机A转动及方向IN1输入高电平HIGH，IN2输入低电平LOW，对应电机A正转IN1输入低电平LOW，IN2输入高电平HIGH，对应电机A反转IN1、IN2同时输入高电平或低电平，对应电机A停止转动IN3&IN4电机驱动器B的输入引脚，控制电机B转动及方向IN3输入高电平HIGH，IN4输入低电平LOW，对应电机B正转IN3输入低电平LOW，IN4输入高电平HIGH，对应电机B反转IN3、IN4同时输入高电平或低电平，对应电机B停止转动L298输出引脚OUT1&OUT2电机驱动器A的输出引脚OUT3&OUT3电机驱动器B的输出引脚调速控制引脚ENA电机A调速开关引脚，使用PWM对电机A调速ENB电机B调速开关引脚，使用PWM对电机B调速温控电机系统设计03温控电机系统设计在Proteus中新建基于ST