ADC的一般應(yīng)用

1、第十一章ADC 的一般應(yīng)用11.1 ADC 介紹STM32F10x 系列芯片上帶有的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為12 位，該 ADC 是一種逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它有 18 個(gè)通道，可測(cè)量16 個(gè)外部和2 個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。各通道的A/D 轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。ADC 的結(jié)果可以左對(duì)齊或右對(duì)齊方式存儲(chǔ)在16 位數(shù)據(jù)寄存器中。模擬看門狗特性允許應(yīng)用程序檢測(cè)輸入電壓是否超出用戶定義的高/低閥值值。11.1.1 ADC 主要特征1. 12- 位分辨率2. 轉(zhuǎn)換結(jié)束，注入轉(zhuǎn)換結(jié)束和發(fā)生模擬看門狗事件時(shí)產(chǎn)生中斷3. 單次和連續(xù)轉(zhuǎn)換模式4. 從通道 0 到通道 n的自動(dòng)掃描模式5. 自校準(zhǔn)6. 帶內(nèi)嵌數(shù)

2、據(jù)一致的數(shù)據(jù)對(duì)齊7. 通道之間采樣間隔可編程8. 規(guī)則轉(zhuǎn)換和注入轉(zhuǎn)換均有外部觸發(fā)選項(xiàng)9. 間斷模式10. 雙重模式 (帶 2個(gè)或以上 ADC 的器件 )11. ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)間：STM32F103xx增強(qiáng)型產(chǎn)品：ADC 時(shí)鐘為 56MHz 時(shí)為 1s(ADC 時(shí)鐘為 72MHz 為 1.17 s)STM32F101xx基本型產(chǎn)品：ADC 時(shí)鐘為 28MHz 時(shí)為 1s(ADC 時(shí)鐘為 36MHz 為 1.55 s)STM32F102xxUSB型產(chǎn)品： ADC 時(shí)鐘為 48MHz 時(shí)為 1.2 s12. ADC 供電要求： 2.4V 到 3.6V13. ADC 輸入范圍： VREF- VIN V

3、REF+14. 規(guī)則通道轉(zhuǎn)換期間有 DMA 請(qǐng)求產(chǎn)生。11.1.2ADC 功能描述ADC 模塊的框圖，參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。表11-1-1 為 ADC 管腳的說明。表 11-1-1ADC 管腳名稱信號(hào)類型注解V REF+輸入，模擬參考正極ADC 使用的高端 /正極參考電壓， 2.4V V REF+ V DDAV DDA輸入，模擬電源等效于 V DD 的模擬電源且： 2.4V V DDA V DD (3.6V)V REF-輸入，模擬參考負(fù)極ADC 使用的低端 /負(fù)極參考電壓， VREF- = V SSAV SSA輸入，模擬電源地等效于 V SS 的模擬電源地ADC_IN15:0模擬輸入信號(hào)16 個(gè)模擬輸

4、入通道11 . ADC 開關(guān)控制通過設(shè)置 ADC_CR1 寄存器的 ADON 位可給 ADC 上電。當(dāng)?shù)谝淮卧O(shè)置 ADON 位時(shí)，它將 ADC 從斷電狀態(tài)下喚醒。 通過調(diào)用庫函數(shù) ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); 可以實(shí)現(xiàn)將 ADON 位置位。ADC 上電延遲一段時(shí)間后(tSTAB) ，再次設(shè)置ADON 位時(shí)開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過清除ADON 位可以停止轉(zhuǎn)換，并將ADC 置于斷電模式。在這個(gè)模式中，ADC 幾乎不耗電 (僅幾個(gè) A)。2.ADC時(shí)鐘由時(shí)鐘控制器提供的ADCCLK時(shí)鐘與 PCLK2(APB2時(shí)鐘 )同步。RCC 控制器為ADC 時(shí)鐘提供一個(gè)專用的可編程預(yù)分頻器，詳見復(fù)位和

5、時(shí)鐘控制(RCC) 章節(jié)。3 . 通道選擇有 16 個(gè)多路通道?？梢园艳D(zhuǎn)換分成兩組：規(guī)則的和注入的。在任意多個(gè)通道上以任意順序進(jìn)行的一系列轉(zhuǎn)換構(gòu)成成組轉(zhuǎn)換。例如，可以如下順序完成轉(zhuǎn)換：通道3、通道 8、通道 2、通道 2、通道0、通道 2、通道 2、通道 15。規(guī)則組由多達(dá)16 個(gè)轉(zhuǎn)換組成。規(guī)則通道和它們的轉(zhuǎn)換順序在ADC_SQRx 寄存器中選擇。規(guī)則組中轉(zhuǎn)換的總數(shù)寫入ADC_SQR1 寄存器的L3:0 位中。注入組由多達(dá)4 個(gè)轉(zhuǎn)換組成。 注入通道和它們的轉(zhuǎn)換順序在ADC_JSQR 寄存器中選擇。注入組里的轉(zhuǎn)換總數(shù)目必須寫入ADC_JSQR 寄存器的L1:0 位中。如果 ADC_SQRx 或

6、ADC_JSQR 寄存器在轉(zhuǎn)換期間被更改，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換被清除，一個(gè)新的啟動(dòng)脈沖將發(fā)送到 ADC 以轉(zhuǎn)換新選擇的組。溫度傳感器/ VREFINT內(nèi)部通道。溫度傳感器和通道ADCx_IN16相連接，內(nèi)部參照電壓VREFINT和 ADCx_IN17相連接?？梢园醋⑷牖蛞?guī)則通道對(duì)這兩個(gè)內(nèi)部通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。注意：傳感器和 V REFINT 只能出現(xiàn)在主 ADC1 中。4 . 單次轉(zhuǎn)換模式單次轉(zhuǎn)換模式下， ADC 只執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換。 該模式既可通過設(shè)置 ADC_CR2 寄存器的 ADON 位 (只適用于規(guī)則通道 )啟動(dòng)也可通過外部觸發(fā)啟動(dòng) (適用于規(guī)則通道或注入通道 )，這時(shí) CONT 位為 0。一旦選擇通道的

7、轉(zhuǎn)換完成：1 如果一個(gè)規(guī)則通道被轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在16位 ADC_DR 寄存器中；EOC( 轉(zhuǎn)換結(jié)束 )標(biāo)志被設(shè)置；如果設(shè)置了 EOCIE ，則產(chǎn)生中斷。2 如果一個(gè)注入通道被轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在16 位的 ADC_DRJ1 寄存器中；JEOC( 注入轉(zhuǎn)換結(jié)束 )標(biāo)志被設(shè)置然后ADC 停止。5 . 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式中， 當(dāng)前面 ADC 轉(zhuǎn)換一結(jié)束馬上就啟動(dòng)另一次轉(zhuǎn)換。 此模式可通過外部觸發(fā)啟動(dòng)或通過設(shè)置 ADC_CR2 寄存器上的 ADON 位啟動(dòng)，此時(shí) CONT 位是 1。每個(gè)轉(zhuǎn)換后：1 如果一個(gè)規(guī)則通道被轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在16 位的 ADC_DR 寄存器中；2EOC(

8、轉(zhuǎn)換結(jié)束 )標(biāo)志被設(shè)置；如果設(shè)置了 EOCIE ，則產(chǎn)生中斷。2 如果一個(gè)注入通道被轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在16 位的 ADC_DRJ1 寄存器中；JEOC( 注入轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置；如果設(shè)置了 JEOCIE 位，則產(chǎn)生中斷。6. 時(shí)序圖如圖 11-1-1 所示， ADC 在開始精確轉(zhuǎn)換前需要一個(gè)穩(wěn)定時(shí)間tSTAB 。在開始ADC 轉(zhuǎn)換和 14 個(gè)時(shí)鐘周期后，EOC 標(biāo)志被設(shè)置，16 位 ADC 數(shù)據(jù)寄存器包含轉(zhuǎn)換的結(jié)果。圖11-1-1 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)序7 . 掃描模式此模式用來掃描一組模擬通道。 掃描模式可通過設(shè)置 ADC_CR1 寄存器的 SCAN 位來選擇。 一旦這個(gè)位被設(shè)置， ADC

9、掃描所有被 ADC_SQRX 寄存器 (對(duì)規(guī)則通道 )或 ADC_JSQR( 對(duì)注入通道 )選中的所有通道。在每個(gè)組的每個(gè)通道上執(zhí)行單次轉(zhuǎn)換。在每個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，同一組的下一個(gè)通道被自動(dòng)轉(zhuǎn)換。如果設(shè)置了 CONT 位，轉(zhuǎn)換不會(huì)在選擇組的最后一個(gè)通道上停止，而是再次從選擇組的第一個(gè)通道繼續(xù)轉(zhuǎn)換。如果設(shè)置了DMA 位，在每次 EOC 后，DMA 控制器把規(guī)則組通道的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊RAM 中。而注入通道轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)總是存儲(chǔ)在ADC_JDRx 寄存器中。8 . 注入通道管理1觸發(fā)注入清除 ADC_CR1 寄存器的 JAUTO 位，并且設(shè)置 SCAN 位，即可使用觸發(fā)注入功能。利用外部觸發(fā)或通過設(shè)置 AD

10、C_CR2 寄存器的 ADON 位，啟動(dòng)一組規(guī)則通道的轉(zhuǎn)換。如果在規(guī)則通道轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生一外部注入觸發(fā)，當(dāng)前轉(zhuǎn)換被復(fù)位，注入通道序列被以單次掃描方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后，恢復(fù)上次被中斷的規(guī)則組通道轉(zhuǎn)換。如果在注入轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生一規(guī)則事件，注入轉(zhuǎn)換不會(huì)被中斷，但是規(guī)則序列將在注入序列結(jié)束后被執(zhí)行。注： 當(dāng)使用觸發(fā)的注入轉(zhuǎn)換時(shí)，必須保證觸發(fā)事件的間隔長(zhǎng)于注入序列。例如：序列長(zhǎng)度為 28 個(gè)ADC時(shí)鐘周期 (即 2個(gè)具有 1.5 個(gè)時(shí)鐘間隔采樣時(shí)間的轉(zhuǎn)換 )，觸發(fā)之間最小的間隔必須是 29個(gè) ADC 時(shí)鐘周期。32自動(dòng)注入如果設(shè)置了 JAUTO 位，在規(guī)則組通道之后，注入組通道被自動(dòng)轉(zhuǎn)換。這可以用來轉(zhuǎn)換在 A

11、DC_SQRx 和 ADC_JSQR 寄存器中設(shè)置的多至 20 個(gè)轉(zhuǎn)換序列。在此模式里，必須禁止注入通道的外部觸發(fā)。如果除JAUTO 位外還設(shè)置了CONT 位，規(guī)則通道至注入通道的轉(zhuǎn)換序列被連續(xù)執(zhí)行。對(duì)于ADC 時(shí)鐘預(yù)分頻系數(shù)為4 至 8 時(shí)，當(dāng)從規(guī)則轉(zhuǎn)換切換到注入序列或從注入轉(zhuǎn)換切換到規(guī)則序列時(shí)，會(huì)自動(dòng)插入1 個(gè) ADC 時(shí)鐘間隔；當(dāng)ADC 時(shí)鐘預(yù)分頻系數(shù)為 2 時(shí)，則有2 個(gè) ADC 時(shí)鐘間隔的延遲。延時(shí)時(shí)序見圖11-1-2。注意：不可能同時(shí)使用自動(dòng)注入和間斷模式。圖 11-1-2注入轉(zhuǎn)換延時(shí)時(shí)序11.1.3校準(zhǔn)ADC有一個(gè)內(nèi)置自校準(zhǔn)模式。校準(zhǔn)可大幅減小因內(nèi)部電容器組的變化而造成的準(zhǔn)精度誤

12、差。在校準(zhǔn)期間，每個(gè)電容器上都會(huì)計(jì)算出一個(gè)誤差修正碼(數(shù)字值 )，這個(gè)碼用于消除在隨后的轉(zhuǎn)換中每個(gè)電容器上產(chǎn)生的誤差。通過設(shè)置ADC_CR2 寄存器的 CAL 位啟動(dòng)校準(zhǔn)。一旦校準(zhǔn)結(jié)束，CAL 位被硬件復(fù)位，可以開始正常轉(zhuǎn)換。建議在上電時(shí)執(zhí)行一次ADC 校準(zhǔn)。校準(zhǔn)階段結(jié)束后，校準(zhǔn)碼儲(chǔ)存在ADC_DR 中。圖11-1-3 為 ADC 校準(zhǔn)時(shí)序圖。注意：1 建議在每次上電后執(zhí)行校準(zhǔn)。2 啟動(dòng)校準(zhǔn)前， ADC 必須處于關(guān)電狀態(tài) (ADON= 0)超過至少兩個(gè) ADC 時(shí)鐘周期。圖 11-1-3 校準(zhǔn)時(shí)序圖11.1.4數(shù)據(jù)對(duì)齊4ADC_CR2 寄存器中的 ALIGN 位選擇轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的對(duì)齊方式。數(shù)

13、據(jù)可以左對(duì)齊或右對(duì)齊，如圖 11-1-4 和圖 11-1-5 所示。注入組通道轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)值已經(jīng)減去了在ADC_JOFRx寄存器中定義的偏移量，因此結(jié)果可以是一個(gè)負(fù)值。 SEXT 位是擴(kuò)展的符號(hào)值。對(duì)于規(guī)則組通道，不需減去偏移值，因此只有12 個(gè)位有效。1數(shù)據(jù)右對(duì)齊注入組SEXTSEXTSEXTSEXTD11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1 D0規(guī)則組0000D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0圖 11-1-42數(shù)據(jù)左對(duì)齊注入組SEXTD11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0000規(guī)則組D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D00000圖 11-1

14、-511.1.5可編程的通道采樣時(shí)間ADC使用若干個(gè)ADC_CLK周期對(duì)輸入電壓采樣，采樣周期數(shù)目可以通過ADC_SMPR1和ADC_SMPR2 寄存器中的SMP2:0 位而更改。每個(gè)通道可以以不同的時(shí)間采樣?？傓D(zhuǎn)換時(shí)間如下計(jì)算：TCONV =采樣時(shí)間 + 12.5 個(gè)周期例如：當(dāng) ADCCLK=14MHz 和 1.5 周期的采樣時(shí)間TCONV = 1.5 + 12.5 = 14周期= 1 s11.1.6外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換可以由外部事件觸發(fā)(例如定時(shí)器捕獲， EXTI 線 )。表 11-1-2、表 11-1-3、表 11-1-4 、表 11-1-5描敘了不同通道外部觸發(fā)的EXTSEL 位設(shè)定值。

15、 如果設(shè)置了EXTTRIG 控制位， 則外部事件就能夠觸發(fā)轉(zhuǎn)換。 EXTSEL2:0 和 JEXTSEL2:0 控制位允許應(yīng)用程序選擇8 個(gè)可能的事件中的某一個(gè)可以觸發(fā)規(guī)則和注入組的采樣。注意：當(dāng)外部觸發(fā)信號(hào)被選為ADC 規(guī)則或注入轉(zhuǎn)換時(shí)，只有它的上升沿可以啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。表11-1-2ADC1 和ADC2 用于規(guī)則通道的外部觸發(fā)觸發(fā)源類型EXTSEL2:0定時(shí)器 1 的CC1 輸出片上定時(shí)器 的內(nèi)部信號(hào)000定時(shí)器 1 的CC2 輸出001定時(shí)器 1 的CC3 輸出010定時(shí)器 2 的CC2 輸出0115定時(shí)器 3的TRGO 輸出100定時(shí)器 4的CC4 輸出101EXTI 線 11外部管腳110

16、SWSTART軟件控制位111注： TIM8_TRGO事件只存在于大容量產(chǎn)品對(duì)于規(guī)則通道，選中 EXTI 線路 11 和 TIM8_TRGO作為外部觸發(fā)事件，可以通過設(shè)置 ADC1和ADC2的 ADC1_ETRGREG_REMAP位和 ADC2_ETRGREG_REMAP位實(shí)現(xiàn)。表 11-1-3ADC1 和 ADC2 用于注入通道的外部觸發(fā)觸發(fā)源類型JEXTSEL2:0定時(shí)器 1 的TRGO 輸出片上定時(shí)器 的內(nèi)部信號(hào)000定時(shí)器 1 的CC4 輸出001定時(shí)器 2的TRGO 輸出010定時(shí)器 2的CC1 輸出011定時(shí)器 3的CC4 輸出100定時(shí)器 4的TRGO 輸出101EXTI 線 1

17、5外部管腳110SWSTART軟件控制位111注： TIM8_CC4 事件只存在于大容量產(chǎn)品對(duì)于規(guī)則通道，選中EXTI 線路 15和 TIM8_CC4作為外部觸發(fā)事件，可以通過設(shè)置ADC1 和ADC2的 ADC1_ENTRGINJ_REMAP位和 ADC2_ ENTRGINJ_REMAP位實(shí)現(xiàn)。表 11-1- 4ADC3 用于規(guī)則通道的外部觸發(fā)觸發(fā)源類型EXTSEL2:0定時(shí)器 3 的CC1 輸出片上定時(shí)器 的內(nèi)部信號(hào)000定時(shí)器 2 的CC3 輸出外部管腳001定時(shí)器 1 的CC3 輸出010定時(shí)器 8 的CC1 輸出011定時(shí)器 8的TRGO 輸出100定時(shí)器 5的CC1 輸出101定時(shí)器

18、 5的CC3 輸出110SWSTART軟件控制位111表 11-1-5ADC3 用于注入通道的外部觸發(fā)觸發(fā)源類型EXTSEL2:0定時(shí)器 1 的TRGO 輸出片上定時(shí)器的內(nèi)部信號(hào)0006定時(shí)器 1 的CC4 輸出外部管腳001定時(shí)器 4 的CC3 輸出010定時(shí)器 8的CC2 輸出011定時(shí)器 8的CC4 輸出100定時(shí)器 5的TRGO 輸出101定時(shí)器 5的CC4 輸出110SWSTART軟件控制位111軟件觸發(fā)事件可以通過對(duì)寄存器ADC_CR2 的 SWSTART 或 JSWSTART 位置 1 產(chǎn)生。規(guī)則組的轉(zhuǎn)換可以被注入觸發(fā)打斷。11.1.7 DMA 請(qǐng)求因?yàn)橐?guī)則通道轉(zhuǎn)換的值儲(chǔ)存在一個(gè)

19、唯一的數(shù)據(jù)寄存器中，所以當(dāng)轉(zhuǎn)換多個(gè)規(guī)則通道時(shí)需要使用DMA ，這可以避免丟失已經(jīng)存儲(chǔ)在ADC_DR 寄存器中的數(shù)據(jù)。只有在規(guī)則通道的轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)才產(chǎn)生DMA請(qǐng)求，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)從ADC_DR寄存器傳輸?shù)接脩糁付ǖ哪康牡刂贰Ｗⅲ?只有 ADC1 和 ADC3 擁有 DMA 功能。由 ADC2 轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)可以通過雙 ADC 模式，利用 ADC1 的 DMA 性能來實(shí)現(xiàn)。11.1.8 雙 ADC 模式在有 2 個(gè)或以上ADC 的器件中，可以使用雙ADC 模式。在雙ADC 模式里，根據(jù)ADC1_CR1寄存器中DUALMOD2:0位所選的模式，轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)可以是ADC1 主和 ADC2 從的交替觸發(fā)或同時(shí)觸

20、發(fā)。注意：在雙 ADC 模式里，當(dāng)轉(zhuǎn)換配置成由外部事件觸發(fā)時(shí)，用戶必須將其設(shè)置成僅觸發(fā)主ADC ，從 ADC 設(shè)置成軟件觸發(fā)，這樣可以防止意外的觸發(fā)從轉(zhuǎn)換。但是，主和從ADC 的外部觸發(fā)必須同時(shí)被激活。共有 6 種可能的模式：1同時(shí)注入模式2同時(shí)規(guī)則模式3快速交替模式4 慢速交替模式5 交替觸發(fā)模式6 獨(dú)立模式還有可以用下列方式組合使用上面的模式：1同時(shí)注入模式+同時(shí)規(guī)則模式2同時(shí)規(guī)則模式+交替觸發(fā)模式3同時(shí)注入模式+交替模式注意：在雙 ADC 模式里，為了從主數(shù)據(jù)寄存器上讀取從轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，DMA 位必須被使能，即使并不用它來傳輸規(guī)則通道數(shù)據(jù)。711.1.9溫度傳感器溫度傳感器可以用來測(cè)量器件周

21、圍的溫度(TA) 。溫度傳感器在內(nèi)部和ADCx_IN16輸入通道相連接， 此通道把傳感器輸出的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。溫度傳感器模擬輸入推薦采樣時(shí)間是17.1 s。圖 11-1-6 是溫度傳感器的方框圖。當(dāng)沒有被使用時(shí)，傳感器可以置于關(guān)電模式。注意：必須設(shè)置 TSVREFE位激活內(nèi)部通道：ADCx_IN16( 溫度傳感器 )和 ADCx_IN17(VREFINT )的轉(zhuǎn)換。1 .主要特征支持的溫度范圍：-40到 125 度精確度： +/- 1.5C°溫度傳感器和 V REFINT 通道框圖圖 11 1-6 溫度傳感器框架圖2.讀溫度為使用傳感器：1 選擇 ADCx_IN16 輸入通道2 選

22、擇采樣時(shí)間大于2.2 s3 設(shè)置 ADC 控制寄存器 2(ADC_CR2)的TSVREFE 位，以喚醒關(guān)電模式下的溫度傳感器4 通過設(shè)置 ADON 位啟動(dòng) ADC 轉(zhuǎn)換 (或用外部觸發(fā) )5 讀 ADC 數(shù)據(jù)寄存器上的V SENSE 數(shù)據(jù)結(jié)果6 利用下列公式得出溫度溫度 ( °C) = (V 25 - V SENSE ) / Avg_Slope + 25這里：V25 = V SENSE 在 25 °C時(shí)的數(shù)值A(chǔ)vg_Slope 溫度與 V SENSE 曲線的平均斜率(單位為 mV/° C 或 V/ ° C)8參考電氣特性章節(jié)中V 25 和 Avg_Slo

23、pe 的實(shí)際值。注意：傳感器從關(guān)電模式喚醒后到可以輸出正確水平的V SENSE 前，有一個(gè)建立時(shí)間。ADC 在上電后也有一個(gè)建立時(shí)間，為了縮短延時(shí)，應(yīng)該同時(shí)設(shè)置ADON 和 TSVREFE位。11.1.10 ADC 中斷規(guī)則和注入組轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)能產(chǎn)生中斷，當(dāng)模擬看門狗狀態(tài)位被設(shè)置時(shí)也能產(chǎn)生中斷。它們都有獨(dú)立的中斷使能位。表11-1-6 為 ADC 中斷表注：ADC1 和ADC2 的中斷映射在同一個(gè)中斷向量上，而ADC3 的中斷有自己的中斷向量。ADC_SR寄存器中有 2個(gè)其他標(biāo)志，但是它們沒有相關(guān)聯(lián)的中斷：JSTRT( 注入組通道轉(zhuǎn)換的啟動(dòng))STRT( 規(guī)則組通道轉(zhuǎn)換的啟動(dòng))表 11-1-6AD

24、C 中斷中斷事件事件標(biāo)志使能控制位規(guī)則組轉(zhuǎn)換結(jié)束EOCEOCIE注入組轉(zhuǎn)換結(jié)束JEOCJEOCIE設(shè)置模擬看門狗狀態(tài)位AWDAWDIE11.2實(shí)現(xiàn) ADC 最佳精度11.2.1 ADC 模塊自身相關(guān)的誤差在 STM32F10xxx的數(shù)據(jù)手冊(cè)中，給出了不同類型的ADC 精度誤差數(shù)值。通常，精度誤差是以LSB 為單位表示。電壓的分辨率與參考電壓相關(guān)。電壓誤差是按照LSB 的倍數(shù)計(jì)算：1 LSB = VREF+ / 212或 VDDA / 212。1 . 偏移誤差這是定義為從第一次實(shí)際的轉(zhuǎn)換至第一次理想的轉(zhuǎn)換之間的偏差。當(dāng) ADC 模塊的數(shù)字輸出從0變?yōu)?1 的時(shí)刻，發(fā)生了第一次轉(zhuǎn)換。理想情況下，當(dāng)

25、模擬輸入信號(hào)介于0.5 LSB 至 1.5 LSB 表達(dá)的范圍之內(nèi)時(shí)，數(shù)字輸出應(yīng)該為1；即理想情況下，第一次轉(zhuǎn)換應(yīng)該發(fā)生在輸入信號(hào)為0.5 LSB 時(shí)。偏移誤差以 EO 標(biāo)注。例子說明對(duì)于 STM32F10xxx的 ADC 模塊，最小的可檢測(cè)到的電壓增量變化，按LSB 表示為：1 LSB = V REF+ /4096 ( 或?qū)τ跊]有 VREF+ 管腳的產(chǎn)品： V DDA /4096)如果 VREF+ =3.3V ，理想情況下輸入 402.8 V(0.5 LSB = 0.5 x 805.6 V)時(shí)，產(chǎn)生數(shù)字輸出 1 。然而實(shí)際上，這時(shí) ADC 模塊的讀數(shù)可能仍然為 0 。如果在輸入電壓達(dá)到 55

26、0V時(shí)，才能得到數(shù)字輸出 1 ，則：偏移誤差 E O = 實(shí)際的轉(zhuǎn)換- 理想的轉(zhuǎn)換9E O = 550 V- 402.8 V = 141.2 VE O = 141.2 V / 805.6 V = 0.17 LSB當(dāng)輸入的模擬電壓大于 0.5 LSB 產(chǎn)生第一次的轉(zhuǎn)換， 則偏移誤差是正值。 圖 11-2-1 顯示了正的偏移誤差：圖 11-2-1 正的偏移誤差當(dāng)輸入的模擬電壓小于0.5 LSB 產(chǎn)生第一次的轉(zhuǎn)換，則偏移誤差是負(fù)值。下圖顯示了負(fù)的偏移誤差。如果輸入的模擬電壓 VAIN = VSSA 并且 ADC 產(chǎn)生了一個(gè)非 0 的數(shù)字輸出，則偏移誤差是負(fù)值，即一個(gè)負(fù)電壓產(chǎn)生了第一次的轉(zhuǎn)換。2 .

27、增益誤差增益誤差定義為最后一次實(shí)際轉(zhuǎn)換與最后一次理想轉(zhuǎn)換之間的偏差。增益誤差以EG 標(biāo)注。最后一次實(shí)際轉(zhuǎn)換是從FFEh 至 FFFh 的變換。 理想情況下， 當(dāng)模擬輸入電壓等于VREF+ 0.5LSB 時(shí)產(chǎn)生從 FFEh 至 FFFh 的變換，因此對(duì)于VREF+ = 3.3V的情況，最后一次理想轉(zhuǎn)換應(yīng)該在3.299597V 。如果 ADC 數(shù)字輸出為FFFh 時(shí)， VAIN < VREF+0.5LSB ，則增益誤差為負(fù)值。例子說明增益誤差 E G = 最后一次實(shí)際轉(zhuǎn)換 最后一次理想轉(zhuǎn)換如果 VREF+ = 3.3V 并且 VAIN = 3.298435V 時(shí)產(chǎn)生了從 FFEh 至FFFh

28、 的變換，則：E G = 3.298435 V3.299597 VE G = 1162 VE G = ( 1162 V / 805.6 V) LSB 1=.44LSB如果在 V AIN 等于 V REF+ 時(shí)不能得到滿量程的讀數(shù) (FFFh) 時(shí)，增益誤差是正值，即需要一個(gè)大于 VREF+ 的電壓才能產(chǎn)生最后一次變換。3 . 微分線性誤差微分線性誤差(DLE) 定義為實(shí)際步長(zhǎng)與理想步長(zhǎng)之間的最大差別。這里的 “理想 ”不是表示理想的轉(zhuǎn)換曲線，而是表示ADC 的分辨率。E D = 實(shí)際轉(zhuǎn)換步長(zhǎng)1LSB10理想情況下，當(dāng)模擬輸入電壓改變1LSB 應(yīng)該在數(shù)字輸出上同時(shí)產(chǎn)生一次改變。如果數(shù)字輸出上的改

29、變需要輸入電壓大于 1LSB 的改變，則 ADC 具有微分線性誤差。因此， DLE 對(duì)應(yīng)于需要改變一個(gè)數(shù)字輸出所需的最大電壓增量。例子說明一個(gè)給定的數(shù)字輸出，應(yīng)該對(duì)應(yīng)到一個(gè)模擬輸入的范圍。理想情況下，步長(zhǎng)應(yīng)為1LSB 。假定在模擬輸入電壓在1.9998V至 2.0014V,得到了相同的數(shù)字輸出，則步長(zhǎng)寬度是2.0014V 1.9998V =1.6mV ，此時(shí) ED 是高端 (2.0014V) 與低端 (1.9998V) 的差減去1LSB 對(duì)應(yīng)的電壓。如果 VREF+ = 3.3V ，模擬輸入1.9998V(9B1h) 可以產(chǎn)生的輸出結(jié)果介于9B0h 和 9B2h 之間；同樣，模擬輸入2.001

30、4V(9B3h) 可以產(chǎn)生的輸出結(jié)果介于9B2h 和 9B4h 之間。這樣對(duì)應(yīng) 9B2h 的綜合電壓變化范圍是：9B3h 9B1h ，即： 2.0014 V1.9998V = 1.6 mV (1660 V)E D = 1660 V 805.6 VE D = 854.4 VE D = (854.4 V/805.6 V) LSBE D = 1.06 LSB這里我們假定高于2.0014V 的電壓都不能得到9B2h 的數(shù)字輸出結(jié)果。當(dāng)步長(zhǎng)寬度小于1LSB ，誤差 ED 是負(fù)值。4 . 積分線性誤差積分線性誤差 (ILE) 是所有實(shí)際轉(zhuǎn)換點(diǎn)與終點(diǎn)連線之間的最大差別。ILE 以 EL 標(biāo)注。終點(diǎn)連線可以理

31、解為在A/D 轉(zhuǎn)換曲線上，第一個(gè)實(shí)際轉(zhuǎn)換與最后一個(gè)實(shí)際轉(zhuǎn)換之間的連線；EL 是每一個(gè)轉(zhuǎn)換與這條線之間的偏差。因此，終點(diǎn)連線對(duì)應(yīng)于實(shí)際轉(zhuǎn)換曲線，而與理想轉(zhuǎn)換曲線無關(guān)。ILE 也被稱為積分非線性誤差(INL) ， ILE 是 DLE 在所有范圍內(nèi)的積分。例子說明如果第一次轉(zhuǎn)換(從 0 至 1)發(fā)生在 550V，而最后一次轉(zhuǎn)換(從 FFEh 至 FFFh)發(fā)生在 3.298435V( 增益誤差 )，則在轉(zhuǎn)換曲線上，實(shí)際數(shù)字輸出1h 至 FFFh 之間的連線就是終點(diǎn)連線。5 . 總未調(diào)整誤差總未調(diào)整誤差 (TUE) 定義為實(shí)際轉(zhuǎn)換曲線和理想轉(zhuǎn)換曲線之間的最大偏差。這個(gè)參數(shù)表示所有可能發(fā)生的誤差， 導(dǎo)致

32、理想數(shù)字輸出與實(shí)際數(shù)字輸出之間的最大偏差。這是在對(duì)ADC 的任何輸入電壓，在理想數(shù)值與實(shí)際數(shù)值之間所記錄到的最大偏差。TUE 不是 EO、EG、EL 、ED 之和，偏移誤差反映了數(shù)字結(jié)果在低電壓端的誤差，而增益誤差反映了數(shù)字結(jié)果在高電壓端的誤差。例子說明如果 VREF+ = 3.3V 并且 VAIN = 2V ，理想的結(jié)果是 9B2h ；但在轉(zhuǎn)換中，得到了 9B4h ，這個(gè)偏差可能是 DLE 和 ILE 同時(shí)作用的結(jié)果：11.2.2 與環(huán)境相關(guān)的 ADC 誤差111 . 電源噪聲模擬電源引腳是用于為轉(zhuǎn)換提供參考電壓，因?yàn)锳DC 輸出是模擬信號(hào)電壓和模擬參考電壓之間的比例數(shù)值，因此任何模擬參考電

33、源上的噪聲都會(huì)使轉(zhuǎn)換的數(shù)值產(chǎn)生變化。例如：模擬參考電壓為3.3V ，輸入信號(hào)為1V ，則轉(zhuǎn)換的結(jié)果是：(1/3.3) x 4095 = 4D9h如果在供電電源上有一個(gè)峰-峰為 40mV 的紋波，則當(dāng)VREF+ 處于尖峰時(shí)，轉(zhuǎn)換的結(jié)果變?yōu)椋?1/3.34) x 4095 = 4CAh通常開關(guān)式電源 (SMPS)具有內(nèi)部的快速開關(guān)功率晶體管，這會(huì)在輸出上產(chǎn)生高頻噪聲，開關(guān)噪聲的范圍介于 15kHz 至 1MHz 之間。2 . 電源穩(wěn)壓ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果是模擬輸入信號(hào)與 VREF+ 數(shù)值的比率，電源穩(wěn)壓對(duì)于 ADC 的精度是非常重要的。如果電源輸出，在連接到 VDDA 或 VREF+ 時(shí)，因?yàn)樨?fù)載和它

34、自身輸出阻抗的原因而下降，則在轉(zhuǎn)換結(jié)果上將產(chǎn)生誤差：，這里 n 是ADC 的分辨率 (STM32 中n = 12)如果參考電壓變化了，數(shù)字輸出會(huì)跟著變化。例如：如果參考電壓為3.3V ，并且 V AIN = 1V ，則數(shù)字輸出為：如果提供的電壓連接到VREF+ 后改變到 3.292V ，則數(shù)字輸出變?yōu)椋河呻妷合陆狄氲恼`差為：4DCh 4D9h = 3LSB3 . 模擬輸入信號(hào)的噪聲在采樣時(shí)間里，小的但是高頻的信號(hào)變化可以導(dǎo)致大的轉(zhuǎn)換誤差。這樣的噪聲是由諸如電機(jī)、引擎點(diǎn)火、電力線等電子設(shè)備產(chǎn)生，并且在源信號(hào)(如傳感器 )上疊加了一個(gè)多余的噪聲信號(hào)；因此，ADC 轉(zhuǎn)換的精度受到了影響。4 . A

35、DC 的動(dòng)態(tài)范圍與最大輸入信號(hào)幅度嚴(yán)重不匹配ADC 的動(dòng)態(tài)范圍與最大輸入信號(hào)的幅度相匹配，對(duì)于得到最大的ADC 轉(zhuǎn)換精度是非常重要的。假定要轉(zhuǎn)換的信號(hào)在0V 至 2.5V 之間變化，而VREF+ 等于 3.3V ，則最大信號(hào)的ADC 轉(zhuǎn)換數(shù)值是3102(2.5V) ，如圖 11-2-2 所示。這樣，就有993 個(gè)未使用的轉(zhuǎn)換數(shù)值(4095 3102 = 993) ，即丟失了轉(zhuǎn)換信號(hào)的精度。如何使 ADC 的動(dòng)態(tài)范圍與最大輸入信號(hào)的幅度相匹配，請(qǐng)參見圖11-2-10 將最大的信號(hào)幅度與ADC 動(dòng)態(tài)范圍匹配。12圖 11-2-25 . 模擬信號(hào)源阻抗的影響因?yàn)?ADC 的引腳需要有電流流入，在信號(hào)

36、源與ADC 引腳之間的模擬信號(hào)源的阻抗或稱串行電阻 (RAIN) ，將產(chǎn)生一個(gè)電壓降。阻容網(wǎng)絡(luò)中的RADC 和 CADC 上，對(duì)電容的充電由RADC 控制。隨著源電阻 (RADC) 的增加， 對(duì)保持電容的充電時(shí)間也相應(yīng)增加。圖 11-2-3 顯示了模擬信號(hào)源電阻的影響。對(duì)CADC 有效的充電由RADC + RAIN控制，因此充電時(shí)間常數(shù)是tc = (RADC + RAIN)×CADC 。如果采樣時(shí)間小于CADC 通過 RADC + RAIN (ts < tc)充電的時(shí)間，則ADC 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值會(huì)小于實(shí)際數(shù)值。模擬信號(hào)源電阻的影響圖 11-2-3 模擬電源內(nèi)阻的影響注： tc是

37、電容 C ADC 完全充電的時(shí)間：V c = V AIN Vc：電容 C ADC 上的電壓t= (RADC+ RAIN) ×CADCc6 . 信號(hào)源的容抗與 PCB 分布電容的影響當(dāng)轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)時(shí)，需要考慮信號(hào)源的容抗和在模擬輸入引腳端的分布電容(參見圖 11-2-4) ，信號(hào)源的電阻和電容構(gòu)成一個(gè)阻容網(wǎng)絡(luò)，除非外部的電容 (CAIN + Cp) 能夠完全充電至輸入信號(hào)的電壓，否則 ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果將是不準(zhǔn)確的。(CAIN + Cp) 的數(shù)值越大，信號(hào)源的頻率就越受限制。信號(hào)源上的外部電容和分布電容分別用CAIN 和 Cp 表示。13具有 R ADC 、C AIN 和 C p的模擬輸

38、入圖 11-2-4 引腳分布電容7 . 注入電流的影響在任一個(gè)模擬引腳上負(fù)的注入電流都會(huì)在ADC 輸入上 (或靠近的數(shù)字輸入引腳)引入漏電流，最差的情況是在相鄰的模擬通道上。當(dāng) VAIN < VSS 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生負(fù)的注入電流，導(dǎo)致有電流從 I/O 引腳流出，見圖 11-2-5 說明。圖 11-2-5注入電流的影響8 . 溫度的影響溫度會(huì)對(duì) ADC 的精度產(chǎn)生較大的影響， 主要有 2 項(xiàng)誤差： 偏移誤差和增益誤差。 這些誤差可以通過微控制器的固件程序補(bǔ)償。9 . I/O 引腳間的串?dāng)_因?yàn)?I/O 腳之間的耦合電容， I/O 端口的翻轉(zhuǎn)可能對(duì) ADC 的模擬輸入產(chǎn)生一些噪聲?？赡軙?huì)因?yàn)?PCB

39、 走線過于靠近，或互相交叉而產(chǎn)生這樣的串?dāng)_影響。內(nèi)部數(shù)字信號(hào)和I/O 腳的翻轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生高頻的噪聲；翻轉(zhuǎn)大吸入電流的I/O 腳，因?yàn)殡娏鞯臄_動(dòng)，有可能在電源上產(chǎn)生電壓尖峰。PCB 上一個(gè)數(shù)字信號(hào)與模擬輸入線的串?dāng)_，可能會(huì)影響模擬信號(hào)(見圖 11-2-6)。14圖 11-2-610 . EMI 導(dǎo)致的噪聲由于 PCB 線路有可能變成天線，從鄰近的電路產(chǎn)生的電磁輻射可以在模擬信號(hào)上引入高頻噪聲(見圖 11-2-7) 。圖 11-2-7 EMI 來源11.2.3 如何減小與外部環(huán)境相關(guān)的ADC 誤差1 . 減小電源噪聲1電源端從噪聲角度講，線性穩(wěn)壓器具有較好的輸出。市電經(jīng)降壓、整流和濾波，再經(jīng)過線性穩(wěn)壓

40、器。強(qiáng)烈建議在整流輸出端連接濾波電容。請(qǐng)參考線性穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)手冊(cè)。如果使用開關(guān)型電源，建議使用一個(gè)線性穩(wěn)壓器為模擬部分供電。建議在電源線和地線之間連接具有好的高頻特性的電容，即在靠近電源一端應(yīng)放置一個(gè)0.1 F和一個(gè) 1 至 10F的電容。電容允許交流信號(hào)通過，小容量的電容過濾高頻率的噪聲，大容量的電容過濾低頻率的噪聲。 通常瓷介電容具有較小的容值 (1pF 至 0.1 F)，和較小的耐壓 (16V 至50V) 。建議在靠近主電源 (V DD 和 V SS )和模擬電源 (V DDA 和 VSSA )管腳的地方，放置這樣的瓷介電容。這樣的電容可以過濾由 PCB 線路引出的噪聲。 小容值的電容可

41、以響應(yīng)電流的快速變化， 并快速地放電適應(yīng)快速的電流變化。鉭電容也可以與瓷介電容一道使用。可以使用大容值的電容(10 F至 100F)過濾低頻率的噪聲，通?？梢允褂秒娊怆娙?。建議把它們放在靠近電源端?？梢允褂迷陔娫淳€上串聯(lián)鐵氧體電感濾除高頻噪聲。因?yàn)榇?lián)的電阻非常小，除非電流非常大，這個(gè)方法可以產(chǎn)生非常小的(可以忽略的 ) 直流損失。在高頻時(shí)，它的電阻很大。2STM32F10x 芯片端多數(shù)的 STM32F10xxx 微控制器的 V DD 和 VSS 管腳都是互相靠近的，VREF+ 和 VSSA 也是靠近15的。因此可以在非?？拷⒖刂破鞯牡胤椒胖靡粋€(gè)電容器。每一對(duì) V和 VSS管腳都需要使用DD

42、單獨(dú)的去藕電容器。VDDA 管腳必須連接到2個(gè)外部的去藕電容器(10nF 瓷介電容 +1F的鉭電容或瓷介電容 )。參見圖 11-2-8 和圖 11-2-9的去藕電路例子。對(duì)于 100 腳和 144 腳封裝的產(chǎn)品，可以在 VREF+ 上連接一個(gè)外部的 ADC 的參考輸入電壓，從而改善對(duì)輸入低電壓的精度(參見 2.2.4 節(jié) )。在 VREF+ 上的電壓范圍是 2.4V至V DDA 。如果在 V REF+上單獨(dú)提供參考電壓，必須在這個(gè)管腳上連接2個(gè)電容器， 10nF 和 1F，而且 VREF+ 不能超出2.4V 至V DDA 的范圍。圖11-2-8100 腳和 144 腳封裝的電源和參考電壓去藕電

43、路圖 11-2-9 36腳、 48腳和 64腳封裝的電源和參考電壓去藕電路2 . 電源穩(wěn)壓的建議供電系統(tǒng)應(yīng)該有好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性，因?yàn)锳DC 模塊使用 VREF+ 或 VDDA 作為模擬參考，數(shù)字?jǐn)?shù)值的輸出是這個(gè)參考電壓與模擬輸入信號(hào)的比值，V REF+ 必須在各種負(fù)載情況下保持穩(wěn)定。任何時(shí)候， 不管因?yàn)殚_啟了一部分的電路導(dǎo)致負(fù)載增加，電流的增加不應(yīng)引起電壓的下降。如果在寬的電流范圍內(nèi)能夠保持電壓的穩(wěn)定，這樣的電源具有好的負(fù)載調(diào)節(jié)特性。例如： LD1086D2M33電壓調(diào)壓器，在VIN從 2.8V 至 16.5V 的范圍內(nèi) (I load = 10mA) 的典型線性調(diào)節(jié)是 0.035% ，

44、在 Iload 從 0 至 1.5A 的范圍內(nèi)的負(fù)載調(diào)節(jié)是0.2%( 詳見 LD1086 的數(shù)據(jù)手冊(cè) )。線性調(diào)節(jié)的數(shù)值越低，穩(wěn)壓性能越好。同樣，負(fù)載調(diào)節(jié)數(shù)值越低，穩(wěn)壓性能越好，輸出的電壓越穩(wěn)定。還可以使用諸如 LM236 作為 VREF+ 的參考電壓，這是一個(gè) 2.5V 的電壓參考二極管 (詳見 LM236 數(shù)據(jù)手冊(cè) )。3 . 消除模擬輸入信號(hào)的噪聲161平均值方法平均值法是一個(gè)簡(jiǎn)單的技術(shù)，通過對(duì)一個(gè)模擬輸入信號(hào)的多次采樣和軟件計(jì)算取平均值實(shí)現(xiàn)。這個(gè)技術(shù)有利于消除那些不頻繁變化的模擬輸入信號(hào)上的噪聲。平均值法需要在一個(gè)相同的模擬輸入電壓上進(jìn)行多次采樣，保證模擬輸入信號(hào)在轉(zhuǎn)換完成之前，保持在

45、相同的電壓，否則模擬輸入的變化將會(huì)出現(xiàn)在結(jié)果數(shù)值中，從而引入新的誤差。2增加一個(gè)外部濾波器使用一個(gè)外部濾波器可以消除高頻噪聲，沒有必要使用昂貴的濾波器去處理超出需要頻率之外的頻率分量。因此，一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的具有阻斷頻率fC，剛好超過需要頻率的低通濾波器，可以有效地限制噪聲和假波。采樣速率超過最高的需要頻率即可，通常為25 倍于 f C。4 . 將最大的信號(hào)幅度與 ADC 動(dòng)態(tài)范圍匹配這個(gè)方法可以通過合理地選擇參考電壓或使用一個(gè)前級(jí)放大器，使用ADC 的全量程輸出，得到最大可能分辨率，從而提高精度。1選擇參考電壓(僅適合于 100 腳和 144 腳封裝的產(chǎn)品)在要測(cè)量信號(hào)希望的范圍內(nèi)選擇參考電壓。如果要測(cè)量的信號(hào)有偏移，則參考電壓也應(yīng)該有相應(yīng)的偏移。如果要測(cè)量的信號(hào)有由一個(gè)最大的幅度，則參考電壓也應(yīng)該有相應(yīng)的最大幅值。這個(gè)參考電壓與要測(cè)量信號(hào)的幅值匹配，就能夠使用ADC 模塊的全范圍輸出，得到最大的分辨率。在 100 腳和 144 腳封裝的 STM32F10xxx 產(chǎn)品中， ADC 參考電壓由外部的 V REF+ 提供， VREF- 管腳必須與地線相連。 V REF+ 管腳為上述匹配方法提供了可能。例如：如果要測(cè)量的信號(hào)在0V 至 2.5V 之間