嵌入式详解8：AD转换-原理

ARM嵌入式技术——Cortex-M3第8讲：AD转换_原理第8讲：AD转换（含原理）参考资料STM32F1xx官方资料：《STM32中文参考手册V10》-第11章

模拟/数字转换（ADC)ADC概念Analog-to-DigitalConverter的缩写。指模/数转换器，是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。典型的模拟数字转换器将模拟信号转换为表示一定比例电压值的数字信号。第8讲：AD转换（含原理）ADC概念ADC原理结构第8讲：AD转换（含原理）ADC概念

ADC模数信号关系第8讲：AD转换（含原理）ADC概念

主要的技术指标第8讲：AD转换（含原理）

STM32F10xADC特点第8讲：AD转换（含原理）

STM32F10xADC特点第8讲：AD转换（含原理）规则和注入组都有间断模式自校准转换结果支持左对齐或右对齐存储在16位数据寄存器高/低阀值的模拟看门狗特性中断的产生：转换结束注入转换结束模拟看门狗事件DMA功能(仅ADC1有)STM32F10xADC特点第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC特点STM32F10x大容量芯片带3个ADC控制器其中144脚芯片因为带PF脚，所以多5个通道，为21个外部通道。（具体型号看芯片手册）第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC特点STM32F10x系列芯片ADC通道和引脚对应关系144脚芯片带PF脚第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC特点ADC引脚详见《STM32F10xxx参考手册》第11.3第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC功能描述ADC功能块框图之1第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC功能描述ADC功能块框图之2详见《STM32F10xxx参考手册》第11.3第8讲：AD转换（含原理）1区是ADC最核心的部分，可以把它比喻为ADC的数据引擎，负责把模拟信号燃料转换成数字信号并泵到对应数据寄存器，它包含了ADC转换部分，各个控制和标志位寄存器，该区完成的就是模拟到数字的转换过程。STM32F10xADC功能描述第8讲：AD转换（含原理）2区用于存放转换过后的结果，一共有5个数据寄存器（4个注入通道对应4个，16路规则通道共用一个），然后2区的数据寄存器和3区数据总线相连用于读取转换结果。STM32F10xADC功能描述第8讲：AD转换（含原理）在转换过程中会产生各种事件，包括转换结束，注入转换结束，模拟看门狗事件等，如果置位这些事件的中断使能位，将产生NVIC中断，这些发生在4区。STM32F10xADC功能描述第8讲：AD转换（含原理）5区的模拟看门狗可用于检测外部电压变化，如果外部电压没有在上下阈值之间则会产生模拟看门狗事件。STM32F10xADC功能描述第8讲：AD转换（含原理）TIM8_CH4和TIM8_TRGO及它们的重映射位只存在于大容量产品中ADC3的规则转换和注入转换触发与ADC1和ADC2的不同6区用于触发ADC转换，这些触发可以自动的进行ADC采集转换，例如外部中断事件产生的脉冲信号就是ADC触发源的其中一个，但是在一般情况下，我们还是选择手动的进行ADC采集，这样灵活性高，也好配置。STM32F10xADC功能描述第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC开关控制

第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC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ADC时钟提供一个专用的可编程预分频器，详见《STM32F10xxx参考手册》“复位和时钟控制(RCC)”部分。第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC通道选择有16个多路通道。可以把转换组织成两组：规则组和注入组。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：通道3、通道8、通道2、通道2、通道0、通道2、通道2、通道15。第8讲：AD转换（含原理）规则通道组：相当正常运行的程序。可编程设定最多16个通道

规则通道和它的转换顺序在ADC_SQRx寄存器中选择，规则组转换的总数应写入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]中可编程设定采样时间何转换序列，转换可由以下状态启动：由软件控制：使能起始位以下外部触发源来产生：Timer1CC1Timer1CC2Timer1CC3Timer2CC2Timer3TRGOTimer4CC4EXTILine11TIM8_TRGO及它的重映射位只存在于大容量产品中STM32F10xADC通道选择第8讲：AD转换（含原理）②注入通道组：相当于中断。可编程设定最多4个通道。

注入组和它的转换顺序在ADC_JSQR寄存器中选择。注入组里转化的总数应写入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]中可编程设定采样时间何转换序列转换可由以下状态启动：JAUTO：在每个规则通道转换后自动进行注入转换由软件控制：使能起始位以下外部触发源来产生：Timer1TRGOTimer1CC4Timer2TRGOTimer2CC1Timer3CC4Timer4TRGOEXTILine15TIM8_CH4及它的重映射位只存在于大容量产品中STM32F10xADC通道选择第8讲：AD转换（含原理）规则通道组和注入通道组比较STM32F10xADC通道选择如果ADC_SQRx或ADC_JSQR寄存器在转换期间被更改，当前的转换被清除，一个新的启动脉冲将发送到ADC以转换新选择的组。第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC通道选择

第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC转换模式该模式下，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。1.单次转换模式该模式中，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。2.连续转换模式第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC转换模式一旦选择通道的转换完成：●如果一个规则通道被转换：转换数据被储存在16位ADC_DR寄存器中EOC(转换结束)标志被置1如果设置了EOCIE，则产生中断●如果一个注入通道被转换：转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中JEOC(注入转换结束)标志被设置如果设置了JEOCIE位，则产生中断然后ADC停止1.单次转换模式每个转换后：●如果一个规则通道被转换：转换数据被储存在16位ADC_DR寄存器中EOC(转换结束)标志被置1如果设置了EOCIE，则产生中断●如果一个注入通道被转换：转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中JEOC(注入转换结束)标志被设置如果设置了JEOCIE位，则产生中断2.连续转换模式第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC转换模式此模式用来扫描一组模拟通道。扫描模式可通过设置ADC_CR1寄存器的SCAN位来选择。一旦这个位被设置，ADC扫描所有被ADC_SQRX寄存器(对规则通道)或ADC_JSQR(对注入通道)选中的所有通道。在每个组的每个通道上执行单次转换。在每个转换结束时，同一组的下一个通道被自动转换。如果设置了CONT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。如果设置了DMA位，在每次EOC后，DMA控制器把规则组通道的转换数据传输到SRAM中。而注入通道转换的数据总是存储在ADC_JDRx寄存器中。3.扫描模式第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC转换模式1.单次转换模式2.连续转换模式单通道单次单通道连续3.典型扫描模式其实，单次/连续转换就是扫描模式下的不同工作方式第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC转换模式将通道转换的序列分解位多个子序列可分为规则组和注入组：规则通道最多8个转换序列注入通道只有1个转换序列4.间断转换模式第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC转换模式此模式通过设置ADC_CR1寄存器上的DISCEN位激活。它可以用来执行一个短序列的n次转换(n<=8)，此转换是ADC_SQRx寄存器所选择的转换序列的一部分。数值n由ADC_CR1寄存器的DISCNUM[2:0]位给出。一个外部触发信号可以启动ADC_SQRx寄存器中描述的下一轮n次转换，直到此序列所有的转换完成为止。总的序列长度由ADC_SQR1寄存器的L[3:0]定义。举例：n=3，被转换的通道=0、1、2、3、6、7、9、10第一次触发：转换的序列为0、1、2第二次触发：转换的序列为3、6、7第三次触发：转换的序列为9、10，并产生EOC事件第四次触发：转换的序列0、1、24.间断转换模式规则组注意：当以间断模式转换一个规则组时，转换序列结束后不自动从头开始。当所有子组被转换完成，下一次触发启动第一个子组的转换。在左侧举例中，第四次触发重新转换第一子组的通道0、1和2。

第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC转换模式此模式通过设置ADC_CR1寄存器的JDISCEN位激活。在一个外部触发事件后，该模式按通道顺序逐个转换ADC_JSQR寄存器中选择的序列。一个外部触发信号可以启动ADC_JSQR寄存器选择的下一个通道序列的转换，直到序列中所有的转换完成为止。总的序列长度由ADC_JSQR寄存器的JL[1:0]位定义。举例：n=1，被转换的通道=1、2、3第一次触发：通道1被转换第二次触发：通道2被转换第三次触发：通道3被转换，并且产生EOC和JEOC事件第四次触发：通道1被转换注入组注意：当完成所有注入通道转换，下个触发启动第1个注入通道的转换。在上述例子中，第四个触发重新转换第1个注入通道1不能同时使用自动注入和间断模式必须避免同时为规则组和注入组设置间断模式。间断模式只能作用于一组转换4.间断转换模式第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC数据对齐ALIGN位用于设置对齐方式：右或左；对于注入通道，转换结果是减去偏移量的值，可以为一个负数，在右对齐时扩展位位符号位。SEXTSEXTSEXTSEXTD11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0SEXTD11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0000D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D000000000D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0右对齐左对齐注入组规则组注入组规则组第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC可编程采样时间

第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC可编程采样时间第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC可编程采样时间最多达16个转换通道且可以采样不同的顺序排列，不同的采样时间和过采样的可能性。例如：

转换通道：1、2、8、4、7、3、11不同的采样时间；Oversamplingofchannel7。Channel

1Channel

2Channel

8Channel

4Channel

7Channel

7Channel

7Channel

3Channel

1113.5

cycles28.5

cycles7.5

cycles7.5

cycles1.5

cycles1.5

cycles71.5

cycles第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADCDMA请求因为规则通道转换的值储存在一个仅有的数据寄存器中，所以当转换多个规则通道时需要使用DMA，这可以避免丢失已经存储在ADC_DR寄存器中的数据。只有在规则通道的转换结束时才产生DMA请求(注入通道没有)，并将转换的数据从ADC_DR寄存器传输到用户指定的目的地址。注：只有ADC1和ADC3拥有DMA功能。由ADC2转化的数据可以通过双ADC模式，利用ADC1的DMA功能传输。第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADCDMA请求Channel0Channel1Channel2Channel3Channel4Channel5Channel6Channel7Channel8DMA

Request

DMA

Request

DMA

Request

DMA

Request

DMA

Request

DMA

Request

DMA

Request

DMA

Request

DMA

Request

ADC1DRregisterChannel8conversionresultChannel7conversionresultChannel6conversionresultChannel5conversionresultChannel4conversionresultChannel3conversionresultChannel2conversionresultChannel1conversionresultChannel0conversionresultConvertedValue_Tab[9]例如：规则通道的转换：0、1、2、3、4、5、6、7、8转换数据保存在数组ConvertedValue_Tab[9]中DMA传输使能(目标地址自动增加)注：在规则通道转换结束，DMA访问ADC1的数据寄存器后EOC标志被清除第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC双ADC模式在有两个ADC的器件中：ADC1为主设备，ADC2为从设备；对于规则和注入通道的转换，ADC1和ADC2的触发在内部是同步的；8种双ADC模式双ADC模式详见《STM32F10xxx参考手册》11.9，本课程中不作深入第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC中断规则组、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位。注：ADC1和ADC2的中断映射在同一个中断向量上，而ADC3的中断有自己的中断向量。ADC_SR寄存器中有2个其他标志，但是它们没有相关联的中断：●JSTRT（注入组通道转换的启动标志）●STRT（规则组通道转换的启动标志）《STM32F10xxx参考手册》11.11第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC寄存器《STM32F10xxx参考手册》ADC寄存器部分导读第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC寄存器ADC时钟配置不要让ADC时钟超过14MHz，否则可能不准。第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC寄存器ADC_CR1寄存器在扫描模式下，由ADC_SQRx或者ADC_JSQRx寄存器选中的通道被转换。如果设置了EOCIE或者JEOCIE，在最后一个通道转换完毕后才会产生EOC或者JEOC中断。第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC寄存器ADC_CR1寄存器第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC寄存器ADC_CR2寄存器第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC寄存器ADC_CR2寄存器第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC寄存器ADC_SMPR1寄存器第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC寄存器ADC_SMPR2寄存器第8讲：AD转换（含原理）STM32F10xADC寄存器ADC_SQR1/SQ