初学stm32 --- ADC模拟/数字转换器工作原理

目录

 常见的ADC类型

并联比较型工作示意图

逐次逼近型工作示意图

ADC的特性参数

STM32各系列ADC的主要特性

ADC框图简介

参考电压/模拟部分电压

输入通道（ F1为例）

转换序列（F1为例）

规则组和注入组执行优先级对比 

规则序列和注入序列（F1为例）

触发源（F1）

外部触发转换

转换时间（F1）

数据寄存器（F1）

中断

单次转换模式和连续转换模式

扫描模式

不同模式组合的作用

ADC，全称：Analog-to-Digital Converter，指模拟/数字转换器

 常见的ADC类型

并联比较型工作示意图

 

优点：转换速度快

缺点：成本高、功耗高、分辨率低

逐次逼近型工作示意图

 逐次逼近就是，不断修改数码寄存器的值，然后通过D/A转换器转换为模拟电压，多次比较，然后得到逼近真实模拟电压输入的电压值

优点：结构简单、低功耗

缺点：转换速度较慢

特点：

分辨率和采样速度相互矛盾，

分辨率越高，采样速率越低

ADC的特性参数

分辨率：表示ADC能辨别的最小模拟量，用二进制位数表示，比如：8、10、12、16位等（刻度划分）

转换时间：表示完成一次A/D转换所需要的时间，转换时间越短，采样率就可以越高

精度：最小刻度基础上叠加各种误差的参数，精度受ADC性能、温度和气压等影响（物理量的精准程度）

量化误差：用数字量近似表示模拟量，采用四舍五入原则，此过程产生的误差为量化误差

STM32各系列ADC的主要特性

采样时间是指 ADC 进行采样的时间段。在这个时间段内，ADC 会将输入的模拟信号充电到其内部的采样保持电容（Sample-and-Hold Capacitor）上，以稳定该信号的电压。这个过程是为了确保输入信号的电压在转换过程中能够准确地反映。

转换时间是指 ADC 完成一个从模拟信号到数字信号的转换所需的时间。它不仅包括采样时间，还包括将采样的信号进行数字化处理的时间。转换时间由 ADC 的分辨率（例如 12 位、10 位）以及 ADC 时钟的频率等因素决定。

ADC框图简介

①参考电压/模拟部分电压

②输入通道

③转换序列：注入通道、规则通道

④触发源

⑤转换时间

⑥数据寄存器

⑦中断

参考电压/模拟部分电压

 ADC供电电源：VSSA、 VDDA （2.4V≤VDDA≤3.6V ）

ADC输入电压范围：VREF–≤VIN≤VREF+（即0V≤VIN≤3.3V ）

输入通道（ F1为例）

 有十八个通道，通道0到通道15是外部通道，通道16和通道17是内部通道；

转换序列（F1为例）

A/D转换被组织为两组：规则组（常规转换组）和注入组（注入转换组）

规则组最多可以有16个转换，注入组最多有4个转换

规则组和注入组执行优先级对比 

        当没有触发注入组的通道转换时，规则组按照从小到大的顺序转换，当触发了注入组的通道转换的时候，首先将当前规则组的当前通道的转换完成，然后先去执行注入组的通道转换，入组按照从小到大的顺序转换。执行完注入组的通道转换后， 再取执行剩余规则组的通道转换。

规则序列和注入序列（F1为例）

注入序列的转换顺序是从JSQx[ 4 : 0 ]（x=4-JL[1:0]）开始

触发源（F1）

触发转换的方法有两种：

（1）ADON位触发转换(仅限F1系列)

当ADC_CR2寄存器的ADON位为1时，再单独给ADON位写1，只能启动规则组转换

（2）外部事件触发转换

外部事件触发转换分为：规则组外部触发和注入组外部触发

外部触发转换

转换可以由外部事件触发(例如定时器捕获， EXTI线)。如果设置了EXTTRIG控制位，则外部事件就能够触发转换。 EXTSEL[2:0]和JEXTSEL2:0]控制位允许应用程序选择8个可能的事件中的某一个，可以触发规则和注入组的采样。

注意： 当外部触发信号被选为ADC规则或注入转换时，只有它的上升沿可以启动转换。

 1． TIM8_TRGO事件只存在于大容量产品

2．对于规则通道，选中EXTI线路11或TIM8_TRGO作为外部触发事件，可以分别通过设置ADC1和ADC2的ADC1_ETRGREG_REMAP位和ADC2_ETRGREG_REMAP位实现。

 1． TIM8_CC4事件只存在于大容量产品

2．对于注入通道，选中EXTI线路15和TIM8_CC4作为外部触发事件，可以分别通过设置ADC1和ADC2的ADC1_ETRGINJ_REMAP位和ADC2_ ETRGINJ_REMAP位实现。

转换时间（F1）

如何设置ADC时钟？

如何设置ADC转换时间？

ADC转换时间： TCONV = 采样时间 + 12.5个周期

采样时间可通过SMPx[2:0]位设置，x=0~17

SMP = 000：1.5个ADC时钟周期                  SMP = 001：7.5个ADC时钟周期

SMP = 010：13.5个ADC时钟周期                SMP = 011：28.5个ADC时钟周期

SMP = 100：41.5个ADC时钟周期                SMP = 101：55.5个ADC时钟周期

SMP = 110：71.5个ADC时钟周期                SMP = 111：239.5个ADC时钟周期

举个例子：ADC时钟频率为12MHz时，ADC最短的转换时间是多少？

TCONV = 采样时间 + 12.5个周期 = 1.5个周期 + 12.5个周期 = 14个周期 =

(1/12000000)∗14 s = 1.17us

数据寄存器（F1）

 16个通道对应一个数据寄存器，所以存在数据的覆盖。

 由ADCx_CR2寄存器的ALIGN位设置数据对齐方式，可选择：右对齐或者左对齐

中断

F1/F4/F7系列ADC中断事件汇总表：

 DMA请求（只适用于规则组）

        规则组每个通道转换结束后，除了可以产生中断外，还可以产生DMA请求，我们利用DMA及时把转换好的数据传输到指定的内存里，防止数据被覆盖。

单次转换模式和连续转换模式

 

扫描模式

 

不同模式组合的作用