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STM32LL库编程系列第八讲——ADC模数转换

news 来源：原创 2025/9/12 23:07:59

系列文章目录

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STM32的SPI通信的NSS引脚设置原理

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前言
一、ADC是什么？
二、使用STM32cubeMX配置工程
- 1.ADC配置
三、keil工程编写
- 1.adc.c
- 2.adc_read.c
总结

前言

ADC模数转换这个字眼大家都已经习以为常了，但是在STM32中有很多关于ADC工作的配置大家可能还不是那么清楚，这里借助蓝桥杯嵌入式的开发板，利用STM32cubemx对ADC的配置进行一个全面的介绍。

一、ADC是什么？

ADC的主要功能是将模拟信号转换为数字信号，以便微控制器进行数据处理，整个转换的机制大致为采样——量化——编码。
STM32 ADC是12 位逐次趋近型模数转换器。它具有多达 19 个复用通道，可测量来自 16 个外部源、两个内部源和 VBAT通道的信号。这些通道的 A/D 转换可在单次、连续、扫描或不连续采样模式下进行。ADC 的结果存储在一个左对齐或右对齐的 16 位数据寄存器中。

二、使用STM32cubeMX配置工程

这里只说明关于ADC部分的配置介绍，其他外设配置说明见往期文章

1.ADC配置

在这里插入图片描述
在进入ADC1配置界面，IN5通道有IN5 differential和IN5 single-ended两个选项。区别如下：
单端输入（IN5 single - ended）：单端输入模式是指 ADC 仅对一个输入信号进行采样。在这种模式下，以地（GND）作为参考电位，ADC 测量的是输入信号与地之间的电压差。当选择IN5 single - ended时，ADC 会测量连接到 ADC 通道 IN5 引脚的信号相对于地的电压值。
差分输入（IN5 differential）：差分输入模式下，ADC 测量的是两个输入信号之间的电压差。当选择IN5 differential时，ADC 会测量正输入信号（连接到 IN5 引脚）和负输入信号（此时会产生选通一个ADC通道连接此信号，注意看右侧图示就能找到）之间的差值。
这里我们只需要测量IN5通道电压值，所以选择单端输入。
下拉还有三项勾选对应的就是两个内部源和 VBAT通道的信号，这里不需要。
在这里插入图片描述
Clock Prescaler
预分频器分频的时钟，其中有同步时钟分频和异步时钟分频两个选项。
同步时钟分频是ADC 的时钟源与 APB（通常APB2）时钟是同步的， ADC 的时钟是由 APB 总线时钟经过分频得到。
异步时钟分频是ADC 的时钟源独立于 APB 总线时钟，通常是由专用的时钟源（如 PLL、sysclk 等）经过分频得到。
尽量使用同步时钟分频，这样ADC 与其他基于 APB 总线的外设之间的通信和数据交互更加方便。因为它们的时钟是同步的，所以在数据传输和处理过程中，不容易出现时钟不同步导致的数据错误或丢失问题。另外， APB 总线时钟更加稳定。但是同步时钟分频能力有限，当频率无法满足工作要求时使用异步时钟分频。
这里4次分频后得到42MHz可以使用，故用同步时钟分频。

Resolution
ADC转换的分辨率，一个 x位的 ADC 可以将满量程范围分为2^x个离散的量化级别,分辨率越高精度越高。从而能够测量的最大信号与最小信号的宽度更大，同时高分辨率需要更高的成本和时间，按实际需要选择就好。

Data Alignment
选择转换后存储的数据的对齐方式，右对齐好取用，所以选择Right alignment
在这里插入图片描述

Gain Compensation
ADC 的实际增益往往与理想增益存在偏差。ADC 的理想增益是将输入信号按照 1:1 的比例进行转换，但实际中可能会出现将输入信号放大或缩小的情况，导致转换结果不准确。增益补偿系数可以对这种增益误差进行校准。通过测量 ADC 的实际增益与理想增益的比值，得到一个补偿系数。在进行数据处理时，将 ADC 转换得到的数字值乘以这个补偿系数，就可以将实际的转换结果调整到接近理想值，从而提高测量的准确性。这里选择0，也就是不补偿。

Scan Conversion Mode
当转换次数大于1时会自动使能，无需我们配置
在这里插入图片描述
End Of Conversion Selection
设置 ADC 转换结束标志（EOC）的触发时机，有 “End Of Single Conversion”（单次转换结束）和 “End Of Sequence Of Conversion”（序列转换结束）等选项，具体如下：
End Of Single Conversion：选择该选项时，ADC 在每次完成单个通道的转换后，就会置位 EOC 标志。适用于只需要对单个通道进行单次采样的情况，例如在特定时刻对某个传感器的信号进行一次性采集。此时，一旦单个通道的转换完成，相关的中断或事件就会被触发，通知处理器可以读取转换结果。
End Of Sequence Of Conversion：若选择此选项，ADC 会在完成整个转换序列后才置位 EOC 标志。当使用多个通道进行连续采样，并且希望在整个采样序列完成后再进行统一的处理时，就可以选择这个选项。比如在需要同时采集多个传感器数据，并在所有数据都采集完成后进行分析或处理的场景中，使用 “End Of Sequence Of Conversion” 可以减少中断次数，提高数据处理的效率。
但是序列转换结束模式下DR（数据寄存器）在整个转换序列中会不断被新的转换结果覆盖，最终只保留最后一个通道的转换数据。若想保存每一次的数据可使用如下方法：
使用DMA: DMA 能够在不经过 CPU 干预的情况下，直接将 ADC 转换的数据从 DR 寄存器传输到内存中。在 ADC 完成每个通道的转换后，DMA 会立即将转换结果搬运到预先指定的内存地址，这样就避免了数据被后续转换结果覆盖的问题。
为了方便，这里就使用End Of Single Conversion。

Low Power Auto Wait
指定低功耗自动等待模式的使用：只有当用户软件处理了之前的转换（针对常规组）或之前的序列（针对注射组）后，才开始新的转换。在低功耗状态下，ADC 会持续监测转换触发信号。当检测到新的转换触发信号时，ADC 会从低功耗状态中唤醒，重新启动转换操作。触发信号可以是软件触发、定时器触发或外部事件触发等。

Continuous Conversion Mode
在连续转换模式下，ADC 完成一次模拟信号到数字信号的转换后，不会停止工作，而是紧接着自动开始下一次转换，如此循环不断，只要不手动停止该模式或者发生异常情况，ADC 就会持续对输入的模拟信号进行转换。
需要一个初始的触发信号来启动连续转换过程。这个触发信号可以是软件触发（通过代码向 ADC 控制寄存器写入特定的值来触发），也可以是硬件触发（如定时器溢出、外部中断等）。一旦触发信号到来，ADC 开始对输入的模拟信号进行转换，将其转换为数字值并存储在数据寄存器中。转换完成后，ADC 会自动重新开始下一次转换，无需额外的触发信号。每次转换完成后，数据寄存器中的值都会被新的转换结果覆盖。因此，在使用连续转换模式时，需要及时读取数据寄存器中的值，以获取最新的转换结果。

Discontinuous Conversion Mode
间断转换模式下，ADC 并非持续不断地对模拟信号进行转换，而是将整个转换序列分割成多个子序列，每个子序列包含一定数量的转换通道。ADC 会按照设定，依次完成每个子序列的转换，在完成一个子序列后暂停，等待下一次触发信号后再继续进行下一个子序列的转换。

DMA Continuous Requests
不使用DMA时不配置此项，本示例没有用到DMA，故暂时不解释。

Overrun behaviour
Overrun behaviour（溢出行为）主要是指在 ADC（模拟 - 数字转换器）的数据处理过程中，当新的转换结果产生时，前一次转换结果还未被及时读取，从而导致数据被覆盖的情况。
Overrun data preserved（溢出数据保留）
当 ADC 发生溢出时，即新的转换结果已经产生，但之前的转换结果还未被系统（如 CPU 或 DMA）从数据寄存器中读取，这种模式会保留原有的数据，不允许新的转换结果覆盖旧数据。同时，ADC 可能会暂停后续的转换操作，直到旧数据被读取，才会继续进行新的转换。
Overrun data overwritten（溢出数据覆盖）
当 ADC 发生溢出时，新的转换结果会直接覆盖数据寄存器中尚未被读取的旧数据。ADC 会继续进行后续的转换操作，不会因为数据未被读取而暂停。
我们需要读取最新数据，所以选择覆盖

Enable Regular Conversions
在 STM32 的 ADC 中，转换通道可分为规则通道（Regular Channels）和注入通道（Injected Channels）两类。规则通道是最常用的转换通道组，Enable Regular Conversions 的作用是开启对规则通道的模拟信号到数字信号的转换功能。开启此功能后，ADC 就会依据设定好的规则对指定的规则通道进行转换操作。这一项是几乎一定要启用的。

Enable Regular Oversampling
Enable Regular Oversampling 就是开启规则通道的过采样功能，允许 ADC 在规则转换过程中运用过采样技术来提升转换精度。当启用规则通道过采样后，ADC 会对规则通道的模拟信号进行多次采样，每次采样得到的数字值会被累加起来，累加完成后，根据过采样倍率，对累加和进行右移操作，将多次采样的结果进行平均，得到一个最终的转换结果，相当于提高了 ADC 的分辨率。

Number Of Conversion
有多少个采样通道，就设为多少。

External Trigger Conversion Source
External Trigger Conversion Source 就是指定用于触发 ADC 转换的外部信号来源。除了软件触发外，定时器溢出、比较匹配等事件可以作为外部触发源。例如，定时器在计数达到设定值时产生溢出事件，该事件可以触发 ADC 开始转换。这种方式适用于需要按照一定时间间隔进行数据采集的应用，如周期性的传感器数据采集。

External Trigger Conversion Edge
当外部触发信号出现上升沿时，ADC 会立即启动转换操作。这种触发方式适用于需要在外部信号开始变化的瞬间进行数据采集的场景。

Sampling Time
在这里插入图片描述
大致的介绍就到这里了

三、keil工程编写

1.adc.c

在生成的程序最后需要加上一下几句。

  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 */LL_ADC_StartCalibration(ADC1,LL_ADC_SINGLE_ENDED);while(LL_ADC_IsCalibrationOnGoing(ADC1));LL_ADC_Enable(ADC1);/* USER CODE END ADC1_Init 2 */

*void LL_ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef ADCx, uint32_t SingleDiff)
ADC 在将模拟信号转换为数字信号的过程中，可能会受到各种因素的影响，例如内部电路的偏移、增益误差等，这些因素会导致转换结果产生偏差。校准就是为了减少这些误差，提高 ADC 转换结果的准确性。该函数的主要作用就是触发指定 ADC 的校准操作，通过特定的算法和流程来调整 ADC 的内部参数，从而使转换结果更加精确。
*uint32_t LL_ADC_IsCalibrationOnGoing(const ADC_TypeDef ADCx)
获取ADC的校准状态，0-校准完成，1-校准正在进行。
最后就可以使能adc了。

2.adc_read.c

想要读取ADC还需要编写读取函数，如下

void ADC1_read(uint16_t *pusbuf)
{LL_ADC_REG_StartConversion(ADC1);while(LL_ADC_IsActiveFlag_EOC(ADC1) == 0);pusbuf[0] = LL_ADC_REG_ReadConversionData10(ADC1);while(LL_ADC_IsActiveFlag_EOC(ADC1) == 0);pusbuf[1] = LL_ADC_REG_ReadConversionData10(ADC1);
}

*void LL_ADC_REG_StartConversion(ADC_TypeDef ADCx)
启动 ADC 组的规则通道转换。在该 STM32 系列中，此功能与内部触发（软件启动）和外部触发都相关。如果 ADC 触发已设置为软件启动，则 ADC 转换会立即开始，如果 ADC 触发已设置为外部触发，则 ADC 转换将在 ADC 启动转换命令之后的下一个触发事件（在选定的触发边沿）开始。
*uint32_t LL_ADC_IsActiveFlag_EOC(const ADC_TypeDef ADCx)
获取EOC标志位，从而获取转换完成标志
*uint16_t LL_ADC_REG_ReadConversionData10(const ADC_TypeDef ADCx)
获取分辨率为10的转换数据。

前面开启了ADC1的IN5和IN10两个通道，且配置成“End Of Single Conversion”（单次转换结束），所以每个通道的转换都需要运行一个转换开启函数LL_ADC_REG_StartConversion。通道11在前，所以pusbuf[0]得到的就是通道11的数值，pusbuf[1]得到的就是通道5的数值了。

得到采样数值后使用的时候进行一步转换就可以得到实际采样值。比如所我要采样滑动变阻器电压，量程是0-3.3V；采样分辨率为10，则采样量程为0-1024.那么实际采样电压值 = 采样数值*3.3/1024。

总结

ADC的配置比较复杂，但是熟练之后使用起来还是比较方便的，还有更多其他用法等待发掘。