8.ADC

ADC

模拟信号和数字信号的区别和区别

信号的区别

模拟信号：连续的信号

数字信号：高电平和低电平，离散的

如何采集信号

示波器：既可以分析数字信号，也可以分析模拟信号

逻辑分析仪：只能分析数字信号

常见的接口

常见的传感器分为数字接口的传感器和模拟接口的传感器(电压或者电流 4--20ma)

数字接口

数字接口的传感器：单总线 IIC SPI UART 485

单总线：采集 DHT11

UART：采集 KQM6600

模拟接口

模拟接口的传感器：电压型和电流型传感器

电压型：通过 ADC 去采集 ADC 采集是有范围的

如果电压太大，需要用电路，将电压缩小到可测的范围

如果电压太小，需要用放大电路，将电压适当放大，便于区分

电流型:4--20ma 需要串联高精度(精度 1%)采样电阻，再采集采样电阻两端的电压

电压型，如果距离比较长，电压会衰减，如果采集就不准了。

电流型：双方都能检测到，一方可以调节，没有衰减

恒流源 -- 串联电流处处相等

ADC 实际应用

光敏电阻：电阻会随着光照强度的变化，阻值会有变化。

ADC 转换器的定义

ADC 的介绍：将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称 a/d 转换器或 adc,analog to digital converter），A/D 转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，A/D 转换一般要经过取样、保持、量化及编码 4 个过程。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。

ADC 相关的名词

分辨率：模拟数字转换器的分辨率是指，对于允许范围内的模拟信号，它能输出离散数字信号值的个数。分辨率越高,意味着把 0 到参考电压分的份数越多,精度越高

例如：8 位分辨率参考电压 3.3V

分这么多份:3.3/2^8

12 位分辨率参考电压 3.3V

分这么多份:3.3/2^12

采样率：模拟信号在时域上是连续的，因此可以将它转换为时间上连续的一系列数字信号。单位时间内采样的次数,采样率越高,采样值越精确

输入通道：用来连接外界模拟信号量的通道（引脚）

参考电压(基准电压)：提供给 ADC 用于检测模拟量的参考电压，也规定了测量的模拟信号量的范围。

ADC 采集的原理

ADC 的逐次逼近法 -- ADC 的采样原理

逐次逼近式 A/D 是比较常见的一种 A/D 转换电路，转换的时间为微秒级。采用逐次逼近法的 A/D 转换器是由一个比较器、D/A 转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图所示：

基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近法的转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A转换器，经 D/A 转换后生成的模拟量送入比较器，称为 Vo，与送入比较器的待转换的模拟量 Vi 进行比较，若Vo<Vi，该位 1 被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为 1，将寄存器中新的数字量送 D/A 转换器，输出的 Vo 再与 Vi 比较，若 Vo<Vi，该位 1 被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。

ADC 的参考电压

参考电压接在哪里：对于 STM32

如果单片机引脚>64 脚参考电压接在 Vref+ Vref-

如果单片机引脚<=64 脚参考电压接在 VDDA VSSA

如何实现 ADC

1. 用独立的 ADC 芯片

2. 用单片机自带的 ADC 功能

STM32 内的 ADC 转换器讲解

STM32 的 ADC 简介

共有 3 个 ADC，ADC1、ADC2、ADC3

ADC 的时钟设置

ADC 的参考电压和供电要求

STM32 的 ADC 框图介绍

单次和连续、扫描和非扫描讲解

单次模式和连续模式：

单次模式：启动 1 次，只转换 1 次

连续模式：启动 1 次之后，会一直转换

扫描模式和非扫描模式：

扫描模式：配置多个要转换的通道，依次让 ADC 进行扫描转换，多通道才需要使用

非扫描模式：单个转换通道的时候，需要使用

通道选择、校准、对齐方式、触发方式

通道选择：待转换的通道

单次转换模式：启动一次之后，只转换 1 次

连续转换模式：启动一次之后，就一直转换

扫描模式：多个通道转换，开启扫描模式

校准：厂家要求

数据对齐方式：16 位的 DR 存放 12 位的转换结果，选择右对齐，方便取数

可编程的通道采样时间

外部触发转换：软件触发方式

温度传感器：测量芯片内部温度

ADC 通道和 GPIO 口的关系

光照传感器的硬件电路

ADC 的通道和 GPIO 对应关系的信息：从数据手册引脚定义章节提取

接在单片机的 PA5

ADC12_IN5 表示作为 ADC1_IN5 或者 ADC2_IN5

GPIO 口模式的确定

ADC 的引脚配置成模拟输入 (1)看官方例程 (2)参考手册

代码

#include "ADC.h"
#include "stdio.h"

uint16_t ADC_LIGHT_Value;
uint16_t ADC_SMK_Value;

void ADC_Config(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};//给结构体赋值
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;//代配置引脚
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;//引脚速率
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;//代配置引脚
	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);  //使用ADC1时钟
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//分频，RCC_CFGR寄存器位15:14
	
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
	/*启动1次，获取1次转换结果，再次启动，再获取*/
	ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;// 是否开启连续模式  ADC_CR2的位1
	ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据对齐方式 ADC_CR2的位11 16的寄存器存放12位转换结果 右对齐方便取数据
	ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;// 是否使用外部触发，ADC_CR2的位19:17 通过SWSTART位软件启动
	ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;// 独立模式   ADC1  ADC2独立工作 参考手册 11.9  ADC_CR1的位19:16
	ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;// 待转换的通道的数量  ADC_SQR1位23:20 参考手册 11.3.3
	ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;是否开启扫描  多通道必须扫描,单通道无所谓  参考手册 11.3.8  ADC_CR1的位8
	
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);
	
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//使能ADC
	//开机至少初始化1次
	ADC_ResetCalibration(ADC1);//将ADC_CR2的位3 RSTCAL位置1，初始化校准寄存器
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));//等待校准寄存器初始化完成  ADC_CR2的位3是0 初始化完成  1未完成等待

	ADC_StartCalibration(ADC1);//将ADC_CR2的位2 CAL位置1，开始校准
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//等待A/D校准完成  ADC_CR2的位2是0 校准完成完成  1正在校准,未完成等待

}

//ADC的处理
void ADC_Handle(void)
{
	/*
	参数1 ADCx
	参数2 被设置的 ADC 通道ADC_SQR1-ADC_SQR3的SQx里
	参数3 规则组采样顺序。取值范围 1 到 16。通道ADC_SQR1-3的具体的SQx里
	参数4 指定 ADC 通道的采样时间值，周期大，耗时长，转换完成消耗时间长
	*/
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);//1.规则通道的设置
	/*
	TCONV = 采样时间+ 12.5个周期 55.5+12.5=68周期
	分频后周期：12M
	1个周期：1/12M
	TCONV = 68*(1/12M)
	*/
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//2.软件启动	ADC的CR2的位22
	
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);//未转换完成死等
	ADC_LIGHT_Value = ADC_GetConversionValue(ADC1);
	printf("光照ADC采样值=%d\r\n",ADC_LIGHT_Value);
	printf("光照ADC采样口=%.2f\r\n",(3.3/4096)*ADC_LIGHT_Value);
	
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_11, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);
	ADC_SMK_Value = ADC_GetConversionValue(ADC1);
	printf("烟雾采样值=%d\r\n",ADC_SMK_Value);
	printf("烟雾浓度采样口=%.2f\r\n",(3.3/4096)*ADC_SMK_Value);
	printf("\r\n");

}