【STM32】ADC库函数、一般步骤详解（实例：内部温度传感器实验）

STM32F1xx官方资料：
《STM32中文参考手册V10》-第11章 模拟/数字转换（ADC)

《STM32中文参考手册V10》-第11章 第11.10小节 温度传感器




ADC采样数值

如何STM32的ADC模块，得到接入ADC管脚上的实际电压值？


会读到什么值

由于STM32的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器，也就是说ADC模块读到的数据是12位的数据。


因此：
STM32读到的ADC值，是从0到4095（111111111111）。当把ADC引脚接了GND，读到的就是0；当把ADC引脚接了VDD，读到的就是4095。


读到的值怎么换算成实际的电压值


前面提到了，我们输入GND，读到的值是0，输入VDD，得到的值是4095，那么，当读到2035的时候，怎么求输入电压多少V吗？这个问题，归根接地，就到了数学XY坐标，已知两点坐标值（0,0）（3.3,4095），给出任意X坐标值，求Y值的问题了吧？简单不简单？





参考电压是什么


讨论这个问题之前，先拿万用表量一下你的VDDA的实际电压是多大？是不是标准的3.300V？应该不是吧？或许是2.296V，或许是3.312V。然后你把VDD连接到ADC引脚之后，得到的是4095；也就是，实际上，当你读出4095这个数据的时候，实际的电压值不是你想象中的3.300V。有些初学者，觉得几毫伏的电压差无所谓，但实际应用中，几毫伏就可能代表很大的实际工况，例如，在一个量程为50克的电子称上。

所以，这时候，芯片厂商就想了一个办法，
给ADC模块中引入参考电压，由非常标准的参考电压芯片来接入参考电压引脚。标准的电压芯片，我们一般叫做参考电压芯片，或者叫做基准电压芯片。例如REF3133（输出3.300V）、REF3025（输出2.500V）等等。


ADC引脚的输入电压范围是多大

一般情况下，ADC引脚的输入电压，是从0~VDD，如果有REF引脚，一般是0~Vref，也有0~2Vref的情况。

如果被测的电压大于ADC的输入电压，例如，要用STM32测量0~5V的电压的话，可以在输入ADC引脚之前，加入电阻分压和放大器电路。





ADC相关配置库函数



* 1个初始化函数void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);
作用：配置ADC模式、扫描模式、单次连续模式、外部触发方式、对齐方式、规则序列长度。



* 1个使能函数void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
作用：配置ADC使能。



* 1个软件转换函数void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState
NewState);
作用：ADC使能软件转换（在ADC_Init函数中，外部触发方式选择none）。



* 1个规则通道配置函数void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t
ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);
作用：配置某个ADC控制器的某个通道以某种采样率置于规则组的某一位（对应函数的四个参数：ADC控制器名、ADC通道名、规则组的第n个、采样率）。



* 1个获取转换结果函数uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);
作用：获得某个ADC控制器的软件转换结果。




ADC一般步骤

实例要求：利用ADC1的通道1（PA1）采集外部电压值。



* 开启PA口时钟和ADC1时钟，设置PA1为模拟输入。调用函数：GPIO_Init()；APB2PeriphClockCmd()；
* 复位ADC1，同时设置ADC1分频因子。调用函数：ADC_DeInit(ADC1)；RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6)；
* 初始化ADC1参数，设置ADC1的工作模式以及规则序列的相关信息。调用函数：void ADC_Init()；
* 使能ADC并校准。调用函数：ADC_Cmd()；
* 配置规则通道参数。调用函数：ADC_RegularChannelConfig()；
* 开启软件转换：ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1)；
* 等待转换完成，读取ADC值。调用函数：ADC_GetConversionValue(ADC1)。//初始化ADC //这里我们仅以规则通道为例
//我们默认将开启通道0~3 void Adc_Init(void) { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );
//使能ADC1通道时钟 RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //设置ADC分频因子6
72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M //PA1 作为模拟通道输入引脚 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =
GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入引脚
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); ADC_DeInit(ADC1); //复位ADC1
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //模数转换工作在单通道模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //模数转换工作在单次转换模式
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
//转换由软件而不是外部触发启动 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
//ADC数据右对齐 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //顺序进行规则转换的ADC通道的数目
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的ADC1 ADC_ResetCalibration(ADC1); //使能复位校准
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束
ADC_StartCalibration(ADC1); //开启AD校准 while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
//等待校准结束 } //获得ADC值 //ch:通道值 0~3 u16 Get_Adc(u8 ch) { //设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );
//ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
//使能指定的ADC1的软件转换启动功能 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次ADC1规则组的转换结果 } u16
Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times) { u32 temp_val=0; u8 t; for(t=0;t<times;t++) {
temp_val+=Get_Adc(ch); delay_ms(5); } return temp_val/times; } int main(void) {
u16 adcx; float temp; delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200 LED_Init(); //LED端口初始化 LCD_Init();
Adc_Init(); //ADC初始化 POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"WarShip STM32");
LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"ADC TEST");
LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2015/1/14"); //显示提示信息
POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色 LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"ADC_CH0_VAL:");
LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"ADC_CH0_VOL:0.000V"); while(1) {
adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10);
LCD_ShowxNum(156,130,adcx,4,16,0);//显示ADC的值 temp=(float)adcx*(3.3/4096);
adcx=temp; LCD_ShowxNum(156,150,adcx,1,16,0);//显示电压值 temp-=adcx; temp*=1000;
LCD_ShowxNum(172,150,temp,3,16,0X80); LED0=!LED0; delay_ms(250); } }
STM32控制程序分析

Adc_Init()函数：ADC初始化函数。

这里需要注意的点有：ADC的时钟配置函数包括两步，不要遗漏ADC的分频：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE ); //使能ADC1通道时钟
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M
PA1的GPIO模式应配置成模拟输入：
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入引脚
建议在上电时执行一次ADC校准（这一部分的代码就是这个样子，直接照抄就行了）：

ADC_ResetCalibration(ADC1); //使能复位校准
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束
ADC_StartCalibration(ADC1); //开启AD校准 while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
//等待校准结束
Get_Adc()函数：获得ADC转换后的值。

这里需要注意的是，
当使用ADC_SoftwareStartConvCmd()使能软件转换之后，需要使用ADC_GetFlagStatus()函数等待转换结束后，再进行ADC_GetConversionValue()输出。
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );
//ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
//使能指定的ADC1的软件转换启动功能 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次ADC1规则组的转换结果
main()函数：主函数，实现函数的调用（采集外部电压值）。

ADC采样得到的数字怎么转化为电压值呢？这里采用这个方法来计算。原理见本文最开头的部分讲解。
temp=(float)adcx*(3.3/4096);



STM32内部温度传感器

STM32有一个内部的温度传感器，可以用来测量CPU及周围的温度（TA）
。该温度传感器在内部和ADCx_IN16输入通道相连接，此通道把传感器输出的电压转换成数字值。


内部温度传感器的特征





* 温度传感器模拟输入推荐采样时间是17.1μs；
* STM32的内部温度传感器支持的温度范围为：-40~125度；
* 精度比较差，为±1.5℃左右。
基于这样的特性，因此：内部温度传感器更适合于检测温度的变化，而不是测量绝对温度。如果需要测量绝度温度，应该使用一个外部温度传感器。

内部温度传感器的框图




内部温度传感器的使用

要使用STM32的内部温度传感器，必须先激活ADC的内部通道，这里通过ADC_CR2的TSVREFE位（bit23）设置。设置该位为1则启用内部温度传感器。





内部温度传感器的温度计算




STM32的内部温度传感器固定的连接在ADC的通道16上，所以，在设置好ADC之后只要读取通道16的值，就是温度传感器返回来的电压值了。然后根据这个电压值，我们就可以计算出当前温度。

计算公式如下：

T（℃）={（V25-Vsense）/Avg_Slope}+25


上式中：V25=Vsense在25度时的数值（典型值为：1.43），Avg_Slope=温度与Vsense曲线的平均斜率（单位为mv/℃或uv/℃）（典型值为4.3Mv/℃）。

利用以上公式，我们就可以方便的计算出当前温度传感器的温度了。




内部传感器一般步骤





* 选择ADC_IN16输入通道，设置采样时间大于17.1us，开启ADC；
* 设置ADC_CR2的TSVREFE位，打开内部温度传感器；
* 读取ADC结果，并计算温度。//初始化ADC //这里我们仅以规则通道为例 //我们默认将开启通道0~3 void T_Adc_Init(void)
//ADC通道初始化 { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );
//使能GPIOA,ADC1通道时钟 RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //分频因子6时钟为72M/6=12MHz     
ADC_DeInit(ADC1); //将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值 ADC_InitStructure.ADC_Mode =
ADC_Mode_Independent; //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //模数转换工作在单通道模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //模数转换工作在单次转换模式
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
//转换由软件而不是外部触发启动 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
//ADC数据右对齐 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //顺序进行规则转换的ADC通道的数目
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器
ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //开启内部温度传感器 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
//使能指定的ADC1 ADC_ResetCalibration(ADC1); //重置指定的ADC1的复位寄存器
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //获取ADC1重置校准寄存器的状态,设置状态则等待
ADC_StartCalibration(ADC1); // while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
//获取指定ADC1的校准程序,设置状态则等待 } u16 T_Get_Adc(u8 ch) { ADC_RegularChannelConfig(ADC1,
ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 ); //ADC1,ADC通道3,第一个转换,采样时间为239.5周期
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的ADC1的软件转换启动功能
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束 return
ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次ADC1规则组的转换结果 } //得到ADC采样内部温度传感器的值
//取10次,然后平均 u16 T_Get_Temp(void) { u16 temp_val=0; u8 t; for(t=0;t<10;t++) {
temp_val+=T_Get_Adc(ADC_Channel_16); //TampSensor delay_ms(5); } return
temp_val/10; } //获取通道ch的转换值 //取times次,然后平均 u16 T_Get_Adc_Average(u8 ch,u8
times) { u32 temp_val=0; u8 t; for(t=0;t<times;t++) { temp_val+=T_Get_Adc(ch);
delay_ms(5); } return temp_val/times; } //得到温度值 //返回值:温度值(扩大了100倍,单位:℃.) short
Get_Temprate(void) //获取内部温度传感器温度值 { u32 adcx; short result; double temperate;
adcx=T_Get_Adc_Average(ADC_Channel_16,20); //读取通道16,20次取平均
temperate=(float)adcx*(3.3/4096); //电压值 temperate=(1.43-temperate)/0.0043+25;
//转换为温度值 result=temperate*=100; //扩大100倍. return result; } int main(void) {
short temp; delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200 LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口 LCD_Init();
//初始化LCD T_Adc_Init(); //ADC初始化 POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"WarShip STM32");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"Temperature TEST");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2015/1/14"); POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色
LCD_ShowString(30,140,200,16,16,"TEMPERATE: 00.00C"); while(1) {
temp=Get_Temprate(); //得到温度值 if(temp<0) { temp=-temp;
LCD_ShowString(30+10*8,140,16,16,16,"-"); //显示负号 }else
LCD_ShowString(30+10*8,140,16,16,16," "); //无符号
LCD_ShowxNum(30+11*8,140,temp/100,2,16,0); //显示整数部分
LCD_ShowxNum(30+14*8,140,temp%100,2,16, 0X80); //显示小数部分 LED0=!LED0;
delay_ms(250); } }
这里和上一个的区别，主要就是需要开启内部温度传感器：
ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //开启内部温度传感器同时，添加了对计算出来的电压值的再计算，换算成温度，就不多赘述了。

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