STM32CubeMX系列教程7:模数转换(ADC)

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本章通过两个例程介绍STM32的模数转换器（ADC），第一个通过ADC采集内部温度传感器通道电压，然后得出MCU内部温度。第二个通过DMA的方式采集两个ADC通道电压。


1.ADC        本章程序在串口printf工程的基础上修改，复制串口printf的工程，修改文件夹名。击STM32F746I.ioc打开STM32cubeMX的工程文件重新配置。ADC1外设选择温度传感器通道。




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ADC1配置如下，选择默认设置。其Date Alignment设置为数据右对齐。



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生成报告以及代码，编译程序。在adc.c文件中可以看到ADC初始化函数。

在stm32f7xx_hal_adc.h头文件中可以找到如下ADC操作函数。和串口一样，ADC也可以通过三种方式控制。 



/** @addtogroup ADC_Exported_Functions_Group2
  * @{
  */
/* I/O operation functions ******************************************************/
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc);
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef* hadc);
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t Timeout);
 
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForEvent(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t EventType, uint32_t Timeout);
 
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);
 
void              HAL_ADC_IRQHandler(ADC_HandleTypeDef* hadc);
 
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t* pData, uint32_t Length);
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc);
 
uint32_t          HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc);
 
void       HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc);
void       HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc);
void       HAL_ADC_LevelOutOfWindowCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc);
void       HAL_ADC_ErrorCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc);


在main()函数前面声明变量保存AD采集的值。 



/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
uint16_t AD_Value = 0;
/* USER CODE END PV */

在main()函数while(1)循环里面添加函数声明变量保存AD采集的值。 


<syntaxhighlight lang="python">
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */
 
  /* USER CODE BEGIN 3 */
        /*##-1- Start the conversion process #######################################*/  
        HAL_ADC_Start(&amp;hadc1);
 
        /*##-2- Wait for the end of conversion #####################################*/  
         /*  Before starting a new conversion, you need to check the current state of 
                    the peripheral; if it’s busy you need to wait for the end of current
                    conversion before starting a new one.
                    For simplicity reasons, this example is just waiting till the end of the 
                    conversion, but application may perform other tasks while conversion 
                    operation is ongoing. */
        HAL_ADC_PollForConversion(&amp;hadc1, 50);
 
        /* Check if the continous conversion of regular channel is finished */  
        if(HAL_IS_BIT_SET(HAL_ADC_GetState(&amp;hadc1), HAL_ADC_STATE_REG_EOC)) 
        {
            /*##-3- Get the converted value of regular channel  ######################*/
            AD_Value = HAL_ADC_GetValue(&amp;hadc1);
            printf("MCU Temperature : %.1f¡æ\r\n",((AD_Value*3300/4096-760)/2.5+25));
        }
        HAL_Delay(1000);
  }
  /* USER CODE END 3 */

</syntaxhighlight> 

HAL_ADC_Start(&amp;hadc1)为启动ADC装换，

HAL_ADC_PollForConversion(&amp;hadc1, 50);表示等待转换完成，第二个参数表示超时时间，单位ms.

HAL_ADC_GetState(&amp;hadc1)为换取ADC状态，HAL_ADC_STATE_REG_EOC表示转换完成标志位，转换数据可用。

HAL_IS_BIT_SET(HAL_ADC_GetState(&amp;hadc1), HAL_ADC_STATE_REG_EOC)就是判断转换完成标志位是否设置。

HAL_ADC_GetValue(&amp;hadc1);读取ADC转换数据，数据为12位。查看数据手册可知，寄存器为16位存储转换数据，数据右对齐，则转换的数据范围为0~2^12-1,即0~4095.


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AD_Value*3300/4096为将转换后的数据转化为电压,单位为mV，参考电压为3.3V。查询数据手册可以电压和温度的关系。经过计算公式装换后等到MCU内部温度值。


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编译程序并下载到开发板。打开串口调试助手。设置波特率为115200。串口助手上会显示MCU温度。

2.ADC_DMA

        前面介绍了通过ADC轮询的方式采集单通道的数据。现在介绍一下通过DMA方式采集多通道的数据。 

        复制串口printf工程的工程，修改文件夹名。点击STM32F746I.ioc打开STM32cubeMX的工程文件重新配置。本实验使用微雪Analog Test Board接到SPI1接口。更具原理图配置PA6,PA7管脚作为ADC1的输入管脚。

[[File:141102wk9xf6zkex3fe397.png]]

ADC1配置：使能扫描转换模式(Scan Conversion Mode),使能连续转换模式(Continuous Conversion Mode),使能DMA连续请求。ADC规则组选择转换通道数为2(Number Of Conversion)。其他为默认设置。



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添加DMA设置，设置为连续传输模式，数据长度为字。



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生成报告以及代码，编译程序。在adc.c文件中可以看到ADC初始化函数。 在main函数前面添加变量。其中ADC_Value作为转换数据缓存数组，ad1,ad2存储PA6,PA7的电压值。 



/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
uint32_t ADC_Value[100];
uint8_t i;
uint32_t ad1,ad2;
/* USER CODE END PV */

在while(1)前面以DMA方式开启ADC装换。HAL_ADC_Start_DMA()函数第二个参数为数据存储起始地址，第三个参数为DMA传输数据的长度。



<syntaxhighlight lang="python">
  /* USER CODE BEGIN 2 */
    /*##-1- Start the conversion process and enable interrupt ##################*/  
  HAL_ADC_Start_DMA(&amp;hadc1, (uint32_t*)&amp;ADC_Value, 100);
  /* USER CODE END 2 */

</syntaxhighlight>         由于DMA采用了连续传输的模式，ADC采集到的数据会不断传到到存储器中（此处即为数组ADC_Value）。ADC采集的数据从ADC_Value[0]一直存储到ADC_Value[99]，然后采集到的数据又重新存储到ADC_Value[0]，一直到ADC_Value[99]。所以ADC_Value数组里面的数据会不断被刷新。这个过程中是通过DMA控制的，不需要CPU参与。我们只需读取ADC_Value里面的数据即可得到ADC采集到的数据。

        其中ADC_Value[0]为通道6(PA6)采集的数据，ADC_Value[1]为通道7(PA7)采集的数据，ADC_Value[2]为通道6采集的数据，如此类推。数组偶数下标的数据为通道6采集数据，数组奇数下标的数据为通道7采集数据。


在while(1)循环中添加应用程序，将采集的数据装换为电压值并输出。 



/* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */
 
  /* USER CODE BEGIN 3 */
        HAL_Delay(500);
        for(i = 0,ad1 =0,ad2=0; i < 100;)
        {
            ad1 += ADC_Value[i++];
            ad2 += ADC_Value[i++];
        }
        ad1 /= 50;
        ad2 /= 50;
 
        printf("\r\n******** ADC DMA Example ********\r\n\r\n");
        printf(" AD1 value = %1.3fV \r\n", ad1*3.3f/4096);
        printf(" AD2 value = %1.3fV \r\n", ad2*3.3f/4096);
  }
  /* USER CODE END 3 */

        程序中将数组偶数下标数据加起来求平均值，实现均值滤波的功能，再将数据装换为电压值，即为PA6管脚的电压值。同理对数组奇数下标数据处理得到PA7管脚的电压值。 


        编译程序并下载到开发板。打开串口调试助手。设置波特率为115200。串口助手上会显示采集到的电压值，旋转Analog Test Board上电位器，输出的电压值会改变。         
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