第40章 ADC-单通道（中断读取）
第40章 ADC-单通道（中断读取）
1. 硬件设计
开发板板载一个贴片滑动变阻器，电路设计见图：
贴片滑动变阻器的动触点通过连接至STM32芯片的ADC通道引脚。当我们使用旋转滑动变阻器调节旋钮时， 其动触点电压也会随之改变，电压变化范围为0~3.3V，亦是开发板默认的ADC电压采集范围。
2. 软件设计
2.1 编程目标
-
初始ADC用到的GPIO；
-
设置ADC的工作参数并初始化；
-
设置ADC工作时钟；
-
设置ADC转换通道顺序及采样时间；
-
配置使能ADC转换完成中断，在中断内读取转换完数据；
-
使能ADC；
-
使能软件触发ADC转换。
ADC转换结果数据使用中断方式读取，这里没有使用DMA进行数据传输。
2.2 代码分析
- ADC宏定义
// ADC 编号选择
// 可以是 ADC1/2，如果使用ADC3，中断相关的要改成ADC3的
#define ADC_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define ADCx ADC2
#define ADC_CLK RCC_APB2Periph_ADC2
// ADC GPIO宏定义
// 注意：用作ADC采集的IO必须没有复用，否则采集电压会有影响
#define ADC_GPIO_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define ADC_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC
#define ADC_PORT GPIOC
#define ADC_PIN GPIO_Pin_1
// ADC 通道宏定义
#define ADC_CHANNEL ADC_Channel_11
// ADC 中断相关宏定义
#define ADC_IRQ ADC1_2_IRQn
#define ADC_IRQHandler ADC1_2_IRQHandler
使用宏定义引脚信息方便硬件电路改动时程序移植。
- ADC GPIO初始化函数
static void ADCx_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
// 打开 ADC IO端口时钟
ADC_GPIO_APBxClock_FUN(ADC_GPIO_CLK, ENABLE);
// 配置 ADC IO 引脚模式
// 必须为模拟输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
// 初始化 ADC IO
GPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
使用到GPIO时候都必须开启对应的GPIO时钟，GPIO用于AD转换功能必须配置为模拟输入模式。
- 配置ADC工作模式
static void ADCx_Mode_Config(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
// 打开ADC时钟
ADC_APBxClock_FUN(ADC_CLK, ENABLE);
// ADC 模式配置
// 只使用一个ADC，属于独立模式
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
// 禁止扫描模式，多通道才要，单通道不需要
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
// 连续转换模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
// 不用外部触发转换，软件开启即可
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
// 转换结果右对齐
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
// 转换通道1个
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
// 初始化ADC
ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStructure);
// 配置ADC时钟Ｎ狿CLK2的8分频，即9MHz
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
// 配置 ADC 通道转换顺序为1，第一个转换，采样时间为55.5个时钟周期
ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
// ADC 转换结束产生中断，在中断服务程序中读取转换值
ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC, ENABLE);
// 开启ADC ，并开始转换
ADC_Cmd(ADCx, ENABLE);
// 初始化ADC 校准寄存器
ADC_ResetCalibration(ADCx);
// 等待校准寄存器初始化完成
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADCx));
// ADC开始校准
ADC_StartCalibration(ADCx);
// 等待校准完成
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));
// 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);
}
首先，定义一个ADC初始化结构体ADC_InitTypeDef，用来配置ADC具体的工作模式。然后调用RCC_APB2PeriphClockCmd()开启ADC时钟。
ADC工作参数具体配置为：独立模式、单通道采集不需要扫描、启动连续转换、使用内部软件触发无需外部触发事件、使用右对齐数据格式、 转换通道为1，并调用ADC_Init函数完成ADC1工作环境配置。
RCC_ADCCLKConfig()函数用来配置ADC的工作时钟，接收一个参数，设置的是PCLK2的分频系数，ADC的时钟最大不能超过14M。
ADC_RegularChannelConfig函数用来绑定ADC通道的转换顺序和时间。它接收4个形参，第一个形参选择ADC外设，可为ADC1、ADC2或ADC3； 第二个形参通道选择，总共可选18个通道；第三个形参为通道的转换顺序，可选为1到16；第四个形参为采样周期选择，采样周期越短， ADC转换数据输出周期就越短但数据精度也越低，采样周期越长，ADC转换数据输出周期就越长同时数据精度越高。
利用ADC转换完成中断可以非常方便的保证我们读取到的数据是转换完成后的数据而不用担心该数据可能是ADC正在转换时“不稳定”的数据。 我们使用ADC_ITConfig函数使能ADC转换完成中断，并在中断服务函数中读取转换结果数据。
最后，在ADC校准之后调用ADC_SoftwareStartConvCmd函数进行软件触发ADC开始转换。
下面我们详细讲解一下整个配置过程：
1. ADC_InitTypeDef 结构体
该结构体用于配置 ADC 的各个参数，包括模式、转换方式、对齐方式等。
2. 打开 ADC 时钟
ADC_APBxClock_FUN(ADC_CLK, ENABLE);
这行代码用于启用 ADC 的时钟，确保 ADC 外设能够正常工作。
3. ADC 模式配置
- 独立模式
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
ADC 工作在独立模式，不与其他 ADC 共享资源。
- 扫描模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
由于只使用一个 ADC 通道，禁用扫描模式。
- 连续转换模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
ADC 将持续进行转换，这对实时监测非常有用。
- 外部触发
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
禁用外部触发，通过软件控制转换。
- 数据对齐
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
转换结果右对齐，这有助于后续的数据处理。
- 转换通道数量
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
配置为只转换一个通道。
4. 初始化 ADC
ADC_Init(ADCx, &ADC_InitStructure);
使用配置好的结构体对 ADC 进行初始化。
5. 配置 ADC 时钟
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
将 ADC 时钟设置为系统时钟的 1/8，达到 9 MHz。这是 ADC 的工作频率，影响其采样速度和精度。
6. 配置 ADC 通道和采样时间
ADC_RegularChannelConfig(ADCx, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
配置 ADC 转换的通道及采样时间。在这里，选择了一个通道（ADC_CHANNEL），并设置采样时间为 55.5 个时钟周期。
7. 使能 ADC 转换结束中断
ADC_ITConfig(ADCx, ADC_IT_EOC, ENABLE);
使能 ADC 转换结束的中断，以便在转换完成时能够进入中断服务程序读取数据。
8. 开启 ADC
ADC_Cmd(ADCx, ENABLE);
启动 ADC，以便其开始工作。
9. 校准过程
- 重置校准寄存器
ADC_ResetCalibration(ADCx);
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADCx));
通过重置校准寄存器来初始化校准状态。
- 开始校准
ADC_StartCalibration(ADCx);
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADCx));
启动校准，并等待校准完成。校准可提高 ADC 的精度。
10. 开始 ADC 转换
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADCx, ENABLE);
由于没有使用外部触发，手动启动 ADC 转换。
- ADC中断配置
static void ADC_NVIC_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ADC_IRQ;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
我们使能了ADC转换完成中断，需要配置中断源和中断优先级。
- 中断服务函数
void ADC_IRQHandler(void)
{
if(ADC_GetITStatus(ADCx, ADC_IT_EOC) == SET) {
// 读取ADC的转换值
ADC_ConvertedValue = ADC_GetConversionValue(ADCx);
}
ADC_ClearITPendingBit(ADCx, ADC_IT_EOC);
}
中断服务函数一般定义在stm32f10x_it.c文件内，我们使能了ADC转换完成中断，在ADC转换完成后就会进入中断服务函数， 我们在中断服务函数内直接读取ADC转换结果保存在变量ADC_ConvertedValue(在main.c中定义)中。
ADC_GetConversionValue函数是获取ADC转换结果值的库函数，只有一个形参为ADC外设，可选为ADC1、ADC2或ADC3， 该函数还返回一个16位的ADC转换结果值。
这个中断处理函数也比较重要，我们需要解释一下：
1. 中断处理函数定义
void ADC_IRQHandler(void)
这个函数是 ADC 的中断处理程序，当 ADC 完成转换并触发中断时，将自动调用该函数。
2. 检查中断状态
if(ADC_GetITStatus(ADCx, ADC_IT_EOC) == SET)
使用 ADC_GetITStatus 函数检查 ADC 转换结束（End of Conversion, EOC）中断标志是否被设置。这意味着 ADC 转换已完成。
3. 读取转换值
如果 EOC 标志被设置，使用 ADC_GetConversionValue 函数读取 ADC 转换的结果，并存储在变量 ADC_ConvertedValue 中，以便后续处理。
4. 清除中断标志
ADC_ClearITPendingBit(ADCx, ADC_IT_EOC);
调用 ADC_ClearITPendingBit 函数清除 EOC 中断标志，以准备下一次中断的触发。这是处理中断的良好实践，确保不会重复处理同一事件。
- 主函数
int main(void)
{
// 配置串口
USART_Config();
// ADC 初始化
ADCx_Init();
printf("\r\n ----这是一个ADC实验(中断读取)----\r\n");
while (1)
{
ADC_ConvertedValueLocal = (float)ADC_ConvertedValue/4096*3.3; // 计算ADC值
printf("\r\n The current AD value = 0x%04X \r\n",
ADC_ConvertedValue); // 采集到的AD值
printf("\r\n The current AD value = %f V \r\n",
ADC_ConvertedValueLocal); // 转换成电压值
printf("\r\n\r\n");
Delay(0xffffee);
}
}
主函数先调用USART_Config函数配置调试串口相关参数，函数定义在bsp_debug_usart.c文件中。
接下来调用ADCx _Init函数进行ADC初始化配置并启动ADC。ADCx_Init函数是定义在bsp_adc.c文件中， 它只是简单的分别调用ADC_GPIO_Config ()、ADC_Mode_Config ()和Rheostat_ADC_NVIC_Config()。
Delay函数只是一个简单的延时函数。
在ADC中断服务函数中我们把AD转换结果保存在变量ADC_ConvertedValue中，根据我们之前的分析可以非常清楚的计算出对应的电位器动触点的电压值。
最后就是把相关数据打印至串口调试助手。
3. 小结
实验目标
使用 STM32 标准库读取电位器的电压值，并在 ADC 转换完成时通过中断处理程序显示读取的值。
硬件需求
- STM32 开发板（如 STM32F103）
- 电位器
- 连接线
- 电源
硬件连接
- 电位器的一个引脚接到 VCC（如 3.3V），另一个引脚接到 GND，中间引脚接到 ADC 输入通道（如 PA0）。
软件设计
- 项目设置
- 在 STM32 标准库中创建新项目，配置 ADC 模块和中断。
- 代码实现
主程序代码
#include "stm32f10x.h"
volatile uint16_t adc_value = 0;
void ADC1_Init(void) {
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; // PA0
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; // 模拟输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); // 启用温度传感器和内部参考电压
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); // 启动 ADC
}
void ADC_Start(void) {
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 启动软件转换
}
void ADC_IRQHandler(void) {
if (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)) {
adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1); // 获取转换值
ADC_ClearFlag(ADC1, ADC_FLAG_EOC); // 清除转换完成标志
}
}
int main(void) {
SystemInit();
ADC1_Init();
while (1) {
ADC_Start(); // 启动 ADC 转换
// 可以在此处添加延时或其他处理
}
}
实验步骤
- 在 STM32 标准库中创建项目，并配置 ADC1 和相关中断。
- 将代码复制到主程序文件中。
- 连接电位器，启动程序，观察 ADC 值变化。
2024.9.20 第一次修订，后期不再维护
