STM32 - ADC数模转换

ADC：模拟数字转换器，用于将模拟信号转换为数字形式，以便在数字系统中进行处理。

ADC工作原理：（两个阶段）

  1. 采样阶段：ADC首先对模拟信号进行采样，即在一定时间内获取信号的瞬时值。

  2. 量化阶段：采样后的模拟信号通过量化器，将其转换为相应的数字形式，这个数字形式通常是二进制代码。

ADC主要参数：

  1. 参考电压(Reference Voltage)：ADC使用参考电压来确定模拟信号的幅度范围。通常，ADC需要一个已知的电压作为参考，以便将模拟电压映射到数字代码。

  2. 通道数(Number of Channels)：表示ADC能够同时处理的模拟输入通道的数量。多通道ADC可以同时转换多个信号

  3. 采样率(Sampling Rate)：表示ADC每秒可以进行多少次采样。采样率越高，ADC能够捕获更高频率的信号。

  4. 分辨率(Resolution)：表示ADC可以将模拟信号分成多少个离散级别。以数字信号的位数N来表示，一般有10位、12位、16位等，例如：12位ADC具有4096个离散级别（2的12次方）

  5. 转换时间(Conversion Time)：表示ADC从开始转换到完成转换所需的时间，转换时间通常由ADC的时钟频率和分辨率决定。

STM32的ADC：

  1. STM32F103系列提供了3个ADC，精度为12位，每个ADC最多有16个通道和2个内部信号源。
  2. STM32F103的ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。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/低阈值。ADC的输入时钟不得超过14****MHz，它是由PCLK2经分频产生。

ADC常见类型：

  1. 逐次逼近型(Successive Approximation)：这是最常见的ADC类型之一，通过逼近法逼近模拟信号的大小，STM32中的ADC通常采用这种类型。
  2. Sigma-Delta型：通过比较信号的累积值和一个参考值，产生一个高精度的输出。
  3. Flash型：通过一组比较器和编码器，以高速并行方式进行转换，适用于高速应用。（精度不高）

逐次逼近型ADC工作原理：

  • 采样：先采集输入模拟电压，并保持稳定。
  • 二分搜索：
    1. 从**最高位（MSB）**开始，依次猜测每一位是1还是0。
    2. 每次猜测后，用DAC生成对应的模拟电压，与输入电压比较：
      • 若输入电压 ≥ DAC****电压，该位保留1，否则置0。
    3. 重复此过程，直到确定最低位（LSB）。
  • 输出结果：最终寄存器中的数字值就是转换结果。

ADC可以中断：

  1. 转换结束中断：
    • 数据转换结束后，可以产生中断，中断分为三种：规则通道转换结束中断，注入转换通道转换结束中断，模拟看门狗中断。其中转换结束中断很好理解，跟我们平时接触的中断一样，有相应的中断标志位和中断使能位，我们还可以根据中断类型写相应配套的中断服务程序。
  2. 模拟看门狗中断：
    • 当被 ADC 转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时，就会产生中断，前提是我们开启了模拟看门狗中断，其中低阈值和高阈值由 ADC_LTR 和 ADC_HTR 设置。例如我们设置高阈值是2.5V，那么模拟电压超过 2.5V 的时候，就会产生模拟看门狗中断，反之低阈值也一样。

ADC可以产生DMA请求：

  • 规则和注入通道转换结束后，除了产生中断外，还可以产生DMA请求，把转换好的数据直接存储在内存里面。要注意的是只有ADC1和ADC3可以产生DMA请求。

数据对齐原理：

  • 16位的寄存器只用到了其中的12位。

  • 可以使用高12位，数据就是左对齐。

  • 也可以使用低12位，数据就是右对齐。

  • **右对齐：**高4位补零，读取的值就是实际值。

    ADC1

  • **左对齐：**低4位补零，读取的值是实际值的16倍。

    ADC2

  • 实际使用中，最好使用低12位，这样就得到数据可以直接使用。

ADC转换时间计算：

  • ADC使用若干个ADC_CLK周期对输入电压采样。总转换时间如下计算：
  • T(CONV) = 采样时间+ 12.5个ADC周期。
  • 当ADCCLK=14MHz，假设采样时间为1.5周期。
  • T(CONV) = 1.5 + 12.5 = 14周期 = 1μs。

参考链接：