一文詳解ADC模擬數字轉換器

ADC簡介

12位ADC是一種逐次逼近型模擬數字轉換器，它有多達18個通道，可以測量16個外部和2個內部信號源。各通道的A/D轉換可以單次、連續、掃描或間斷模式執行.ADC的結果可以是左對齊或者是右對齊方式存儲在16位數據寄存器中。

模擬看門狗特性允許應用程序檢測輸入電壓是否超出用戶定義的高/低閾值。

ADC的輸入時鐘不得超過14MHZ，它是由PCLK2經分頻產生。

ADC主要特征

12位分辨率

轉換結束、注入轉換結束和發生模擬看門狗事件時產生中斷

單次和連續轉換模式

從通道0到通道n的自動掃描模式

自校準

帶內嵌數據一致性的數據對齊

采樣間隔時間可以按通道分別編程

規則轉換和注入轉換均有外部觸發選項

間斷模式

雙重模式(帶2個或以上ADC的器件)

ADC轉換時間

ADC供電要求：2.4V到3.6v

ADC輸入范圍：Vref-

規則通道轉換期間有DMA請求產生

ADC功能框圖

注意：1、ADC3的規則轉換和注入轉換觸發與ADC1和ADC2的不同

2、TIM8_CH4和TIM8_TRGO及他們的重映射位只存在于大容量產品中

ADC引腳

VDDA和VSSA應該分別連接到VDD和VSS。

電壓輸入范圍

ADC輸入范圍為Vref-

通道選擇

有16個通道，可以把轉換組織分成兩組：規則組和注入組。在任意多個通道上以任意順序進行的一系列轉換構成成組轉換。例如，可以如下順序完成轉換：通道3、通道8、通道2、通道0、通道2、通道15。

規則組：由多達16個轉換組成，規則通道和它們的轉換順序在ADC_SQRx寄存器中選擇，規則組中轉換的總數應寫入ADC_SQR1寄存器的了L[3:0]位中

注入組：由多達4個轉換組成，注入通道和它們的轉換順序在ADC_JSQR寄存器中選擇，注入組里的轉換總數目應寫入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]中

如果 ADC_SQRx 或 ADC_JSQR 寄存器在轉換期間被更改，當前的轉換被清除，一個新的啟動脈

沖將發送到 ADC 以轉換新選擇的組。

溫度傳感器/Vrefint內部通道

溫度傳感器和通道ADC_IN16相連接，內部參照電壓Vrefint和ADC_IN17相連接。可以按注入或規則通道對這兩個內部通道進行轉換

單次轉換模式

單次轉換模式下，ADC只執行一次轉換，該模式下即可通過設置ADC_CR2寄存器的ADON位(只適用于規則通道)啟動也可通過外部觸發啟動(適用于規則通道或注入通道)，這時CONT位為0.

一旦選擇通道的轉換完成：

如果一個規則通道被轉換：

-轉換數據被存儲在16位ADC_DR寄存器中

-EOC(轉換結束)標志被設置

-如果設置了EOCIE，則產生中斷

如果一個注入通道被轉換

-轉換數據被存儲在16位的ADC_DRJ1寄存器中

-JEOC(注入轉換結束)標志被設置

-如果設置了JEOCIE位，則產生中斷

連續轉換模式

在連續轉換模式中，當前面ADC轉換一結束馬上就啟動另一次轉換。此模式可通過外部觸發啟動或通過設置ADC_CR2寄存器上的ADON位啟動，此時的CONT位是1.

每個轉換后：

如果一個規則通道被轉換

-規則數據被存儲在16位的ADC_DR寄存器中

-EOC(轉換結束)標志被設置

-如果設置了EOCIE，則產生中斷

如果一個注入通道被轉換：

-轉換數據被存儲在16位的ADC_DRJ1寄存器中

-JEOC(注入轉換結束)標志被設置

-如果設置了JEOCIE位，則產生中斷

規則通道：顧名思義，規則就是規矩的意思，我們平時一般使用的就是這個通道，或者應該說我們用到的就是這個通道，沒有什么要特別注意的。

注入通道：注入，可以理解為插入，插隊的意思，就是一種不安分的意思，它是一種在規則通道轉換的時候強行插入的一種轉換通道，如果在規則通道轉換過程中，有注入通道插隊，那么就要先轉換完注入通道，等注入通道完成之后，再回到規則通道的轉換流程。這點跟中斷程序很像，都是不安分的主，所以注入通道只有在規則通道存在時才會出現。

轉換順序

規則序列

規則序列寄存器有3個，分別為SQR3、SQR2、SQR1。SQR3控制著規則序列中的第一個到第六個轉換，對應的位為：SQ1[4:0]~SQ6[4:0]，第一次轉換的是位 4:0 SQ1[4:0]，如果通道 16 想第一次轉換，那么在 SQ1[4:0] 寫 16 即可。SQR2 控制著規則序列中的第 7 到第 12 個轉換，對應的位為：SQ7[4:0]~SQ12[4:0]，如果通道 1 想第 8 個轉換，則 SQ8[4:0] 寫 1 即可。SQR1 控制著規則序列中的第 13 到第 16 個轉換，對應位為：SQ13[4:0]~SQ16[4:0]，如果通道 6 想第 10 個轉換，則 SQ10[4:0] 寫 6 即可。具體使用多少個通道，由 SQR1 的位 L[3:0] 決定，最多 16 個通道。

注入序列

注入序列寄存器JSQR只有一個，最多支持4個通道，具體多少個由JSQR的JL[2:0]決定。如果JL的值小于4的話，則JSQR跟SQR決定轉換順序的設置不一樣，第一次轉換的不是JSQR1[4:0];而是JCQRx[4:0],x=4-JL,跟SQR剛好相反，如果 JL=00(1 個轉換)，那么轉換的順序是從 JSQR4[4:0] 開始，而不是從 JSQR1[4:0] 開始，這個要注意，編程的時候不要搞錯。當 JL 等于 4 時，跟 SQR 一樣。

觸發源

通道選好了，轉換的順序也設置好了，那接下來就開始轉換了，ADC的轉換可以由ADC控制寄存器2：ADC_CR2的ADON這個位來控制，寫1的時候開始轉換，寫0的時候停止轉換，這個是最簡單也是最好理解的開啟ADC轉換的控制方式。

除了這種控制方法，ADC還支持觸發轉換，這個觸發包括內部定時器觸發和外部IO觸發。觸發源有很多，具體選擇哪一種觸發源，由ADC控制寄存器2：ADC_CR2的EXTSEL[2:0]和JEXTSEL [2:0]位來控制。EXTSEL[2:0]用于選擇規則通道的觸發源JEXTSEL [2:0]用于選擇注入通道的觸發源。選定好觸發源之后，觸發源是否要激活，則由 ADC控制寄存器2:ADC_CR2 的

EXTTRIG 和 JEXTTRIG 這兩位來激活。其中 ADC3 的規則轉換和注入轉換的觸發源與 ADC1/2

的有所不同，在框圖上已經表示出來.

轉換時間

ADC時鐘

ADC輸入時鐘ADC_CLK由PCLK2經過分頻產生，最大是14MHZ，分頻因子由RCC時鐘配置寄存器RCC_CFGR的位15：14設置，可以是2/4/6/8分頻，注意這里沒有1分頻。一般我們設置PCLK2=HCLK=72M。

采樣時間

ADC使用若干個ADC_CLK周期對輸入的電壓進行采樣，采樣的周期數可通過ADC采樣時間寄存器ADC_SMPR1控制的是通道10~17.每個通道可以分別使用不同的時間采樣，其中采樣周期最小是1.5個。

ADC 的轉換時間跟 ADC 的輸入時鐘和采樣時間有關，公式為： Tconv = 采樣時間 + 12.5 個周期。當 ADCLK = 14MHZ (最高)，采樣時間設置為 1.5 周期(最快)，那么總的轉換時間(最短) Tconv = 1.5 周期 + 12.5 周期 = 14 周期 = 1us 。

一般我們設置 PCLK2=72M ，經過 ADC 預分頻器能分頻到最大的時鐘只能是 12M ，采樣周期設

置為 1.5 個周期，算出最短的轉換時間為 1.17us ，這個才是最常用的。

中斷

轉換結束中斷

數據轉換結束后可以產生中斷，中斷分為3種：規則通道轉換結束中斷，注入轉換通道轉換結束中斷，模擬看門狗中斷。其中轉換結束很好理解，跟我們平時接觸的中斷一樣，有相應的中斷標志位和中斷使能位，我們還可以根據中斷類型寫相應的中斷服務程序。

模擬看門狗中斷

當被ADC轉換的模擬電壓低于閾值或者高于閾值時，就會產生中斷，前提是我們開起了模擬看門狗中斷，其中低閾值和高閾值由ADC_LTR和ADC_HTR設置。例如我們設置高閾值是2.5V，那么模擬電壓超過2.5V的時候，就會產生模擬看門狗中斷，反之低閾值也一樣。

DMA請求

規則和注入通道轉換結束后，除了產生中斷外，還可以產生DMA請求，把轉換好的數據直接存儲在內存里面。要注意的是只有ADC1和ADC3可以產生DMA請求。