正点原子战舰V3第二十二章ADC实验

本章我们将向大家介绍STM32F1的ADC功能。在本章中，我们将使用STM32F1

的ADC1通道1来采样外部电压值，并在TFTLCD模块上显示出来。本章将分为如

下几个部分：

22.1STM32F1ADC简介

22.2硬件设计

22.3软件设计

22.4下载验证

22.1STM32F1ADC简介

STM32F拥有1~3个ADC（STM32F/系列只有1个ADC），这些ADC可以独立

使用，也可以使用双重模式（提高采样率）。STM32的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转

换器。它有18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连

续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。模

拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。

STM32F系列最少都拥有2个ADC，我们选择的STM32FZET包含有3个ADC。

STM32的ADC最大的转换速率为1Mhz，也就是转换时间为1us（在ADCCLK=14M,采样周期

为1.5个ADC时钟下得到），不要让ADC的时钟超过14M，否则将导致结果准确度下降。

STM32将ADC的转换分为2个通道组：规则通道组和注入通道组。规则通道相当于你正

常运行的程序，而注入通道呢，就相当于中断。在你程序正常执行的时候，中断是可以打断你

的执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换，在注入通道被转换完成之

后，规则通道才得以继续转换。

通过一个形象的例子可以说明：假如你在家里的院子内放了5个温度探头，室内放了3个

温度探头；你需要时刻监视室外温度即可，但偶尔你想看看室内的温度；因此你可以使用规则

通道组循环扫描室外的5个探头并显示AD转换结果，当你想看室内温度时，通过一个按钮启

动注入转换组(3个室内探头)并暂时显示室内温度，当你放开这个按钮后，系统又会回到规则通

道组继续检测室外温度。从系统设计上，测量并显示室内温度的过程中断了测量并显示室外温

度的过程，但程序设计上可以在初始化阶段分别设置好不同的转换组，系统运行中不必再变更

循环转换的配置，从而达到两个任务互不干扰和快速切换的结果。可以设想一下，如果没有规

则组和注入组的划分，当你按下按钮后，需要从新配置AD循环扫描的通道，然后在释放按钮

后需再次配置AD循环扫描的通道。

上面的例子因为速度较慢，不能完全体现这样区分(规则通道组和注入通道组)的好处，但

在工业应用领域中有很多检测和监视探头需要较快地处理，这样对AD转换的分组将简化事件

处理的程序并提高事件处理的速度。

STM32其ADC的规则通道组最多包含16个转换，而注入通道组最多包含4个通道。关于

这两个通道组的详细介绍，请参考《STM32中文参考手册》第页，第11章。

STM32的ADC可以进行很多种不同的转换模式，这些模式在《STM32中文参考手册》的

第11章也都有详细介绍，我们这里就不在一一列举了。我们本章仅介绍如何使用规则通道的单

次转换模式。

STM32的ADC在单次转换模式下，只执行一次转换，该模式可以通过ADC_CR2寄存器

的ADON位（只适用于规则通道）启动，也可以通过外部触发启动（适用于规则通道和注入通

道），这是CONT位为0。

以规则通道为例，一旦所选择的通道转换完成，转换结果将被存在ADC_DR寄存器中，

EOC（转换结束）标志将被置位，如果设置了EOCIE，则会产生中断。然后ADC将停止，直

到下次启动。

接下来，我们介绍一下我们执行规则通道的单次转换，需要用到的ADC寄存器。第一个

要介绍的是ADC控制寄存器（ADC_CR1和ADC_CR2）。ADC_CR1的各位描述如图22.1.1所

示：

图22.1.1ADC_CR1寄存器各位描述

这里我们不再详细介绍每个位，而是抽出几个我们本章要用到的位进行针对性的介绍，详

细的说明及介绍，请参考《STM32中文参考手册》第11章的相关章节。

ADC_CR1的SCAN位，该位用于设置扫描模式，由软件设置和清除，如果设置为1，则

使用扫描模式，如果为0，则关闭扫描模式。在扫描模式下，由ADC_SQRx或ADC_JSQRx寄

存器选中的通道被转换。如果设置了EOCIE或JEOCIE，只在最后一个通道转换完毕后才会产

生EOC或JEOC中断。

ADC_CR1[19：16]用于设置ADC的操作模式，详细的对应关系如图22.1.2所示：

图22.1.2ADC操作模式

本章我们要使用的是独立模式，所以设置这几位为0就可以了。接着我们介绍

ADC_CR2，该寄存器的各位描述如图22.1.3所示：

图22.1.3ADC_CR2寄存器操作模式

该寄存器我们也只针对性的介绍一些位：ADON位用于开关AD转换器。而CONT位用于

设置是否进行连续转换，我们使用单次转换，所以CONT位必须为0。CAL和RSTCAL用于

AD校准。ALIGN用于设置数据对齐，我们使用右对齐，该位设置为0。

EXTSEL[2：0]用于选择启动规则转换组转换的外部事件，详细的设置关系如图22.1.4所示：

图22.1.4ADC选择启动规则转换事件设

我们这里使用的是软件触发（SWSTART），所以设置这3个位为。ADC_CR2的

SWSTART位用于开始规则通道的转换，我们每次转换（单次转换模式下）都需要向该位写1。

AWDEN为用于使能温度传感器和Vrefint。STM32内部的温度传感器我们将在下一节介绍。

第二个要介绍的是ADC采样事件寄存器（ADC_SMPR1和ADC_SMPR2），这两个寄存器

用于设置通道0~17的采样时间，每个通道占用3个位。ADC_SMPR1的各位描述如图22.1.5

所示：

图22.1.5ADC_SMPR1寄存器各位描述

ADC_SMPR2的各位描述如下图22.1.6所示：

图22.1.6ADC_SMPR2寄存器各位描述

对于每个要转换的通道，采样时间建议尽量长一点，以获得较高的准确度，但是这样会降

低ADC的转换速率。ADC的转换时间可以由以下公式计算：

Tcovn=采样时间+12.5个周期

其中：Tcovn为总转换时间，采样时间是根据每个通道的SMP位的设置来决定的。例如，

当ADCCLK=14Mhz的时候，并设置1.5个周期的采样时间，则得到：Tcovn=1.5+12.5=14个周

期=1us。

第三个要介绍的是ADC规则序列寄存器（ADC_SQR1~3）,该寄存器总共有3个，这几个

寄存器的功能都差不多，这里我们仅介绍一下ADC_SQR1，该寄存器的各位描述如图22.1.7所示：

图22.1.7ADC_SQR1寄存器各位描述

L[3：0]用于存储规则序列的长度，我们这里只用了1个，所以设置这几个位的值为

0。其他的SQ13~16则存储了规则序列中第13~16个通道的编号（0~17）。另外两个规则序列寄存器

同ADC_SQR1大同小异，我们这里就不再介绍了，要说明一点的是：我们选择的是单次转换，

所以只有一个通道在规则序列里面，这个序列就是SQ1，通过ADC_SQR3的最低5位（也就

是SQ1）设置。

第四个要介绍的是ADC规则数据寄存器(ADC_DR)。规则序列中的AD转化结果都将被存

在这个寄存器里面，而注入通道的转换结果被保存在ADC_JDRx里面。ADC_DR的各位描述

如图22.1.8：

图22.1.8ADC_JDRx寄存器各位描述

这里要提醒一点的是，该寄存器的数据可以通过ADC_CR2的ALIGN位设置左对齐还是

右对齐。在读取数据的时候要注意。

最后一个要介绍的ADC寄存器为ADC状态寄存器（ADC_SR），该寄存器保存了ADC转

换时的各种状态。该寄存器的各位描述如图22.1.9所示：

图22.1.9ADC_SR寄存器各位描述

这里我们要用到的是EOC位，我们通过判断该位来决定是否此次规则通道的AD转换已经

完成，如果完成我们就从ADC_DR中读取转换结果，否则等待转换完成。

通过以上介绍，我们了解了STM32的单次转换模式下的相关设置，本章我们使用ADC1

的通道1来进行AD转换，这里需要说明一下，使用到的库函数分布在stm32f1xx_adc.c文件和

stm32f1xx_adc.h文件中。下面讲解其详细设置步骤：

1）开启PA口时钟和ADC1时钟，设置PA1为模拟输入。

STM32FZET6的ADC通道1在PA1上，所以，我们先要使能PORTA的时钟，然后设

置PA1为模拟输入。同时我们要把PA1复用为ADC，所以我们要使能ADC1时钟。

使能GPIOA时钟和ADC1时钟都很简单，具体方法为：

__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();//使能ADC1时钟

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//开启GPIOA时钟

初始化GPIOA1为模拟输入，方法也多次讲解，关键代码为：

GPIO_InitTypeDefGPIO_Initure;

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_1;//PA1

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_ANALOG;//模拟

GPIO_Initure.Pull=GPIO_NOPULL;//不带上下拉

HAL_GPIO_Init(GPIOA,GPIO_Initure);

2）初始化ADC，设置ADC时钟分频系数，分辨率，模式，扫描方式，对齐方式等信息。

在HAL库中，初始化ADC是通过函数HAL_ADC_Init来实现的，该函数声明为：

HAL_StatusTypeDefHAL_ADC_Init(ADC_HandleTypeDef*hadc);

该函数只有一个入口参数hadc，为ADC_HandleTypeDef结构体指针类型，结构体定义为：

typedefstruct

{

ADC_TypeDef*Instance;//ADC1/ADC2/ADC3

ADC_InitTypeDefInit;//初始化结构体变量

DMA_HandleTypeDef*DMA_Handle;//DMA方式使用

HAL_LockTypeDefLock;

__IOHAL_ADC_StateTypeDefState;

__IOuint32_tErrorCode;

}ADC_HandleTypeDef;

该结构体定义和其他外设比较类似，我们着重看第二个成员变量Init含义，它是结构体

ADC_InitTypeDef类型，结构体ADC_InitTypeDef定义为：

typedefstruct

{

uint32_tDataAlign;//对齐方式：左对齐还是右对齐：ADC_DATAALIGN_RIGHT

uint32_tScanConvMode;//扫描模式DISABLE

uint32_tContinuousConvMode;//开启连续转换模式或者单次转换模式DISABLE

uint32_tNbrOfConversion;//规则序列中有多少个转换1

uint32_tDiscontinuousConvMode;//不连续采样模式DISABLE

uint32_tNbrOfDiscConversion;//不连续采样通道数0

uint32_tExternalTrigConv;//外部触发方式ADC_SOFTWARE_START

}ADC_InitTypeDef;

我们直接把每个成员变量含义注释在结构体定义的后面，请大家仔细阅读上面注释。

这里我们需要说明一下，和其他外设一样，HAL库同样提供了ADC的MSP初始化函数，

一般情况下，时钟使能和GPIO初始化都会放在MSP初始化函数中。函数声明为：

voidHAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef*hadc);

4）开启AD转换器。

在设置完了以上信息后，我们就开启AD转换器了（通过ADC_CR2寄存器控制）。

HAL_ADC_Start(ADC1_Handler);//开启ADC

5）配置通道，读取通道ADC值。

在上面的步骤完成后，ADC就算准备好了。接下来我们要做的就是设置规则序列1里面的

通道，然后启动ADC转换。在转换结束后，读取转换结果值值就是了。

设置规则序列通道以及采样周期的函数是:

HAL_StatusTypeDefHAL_ADC_ConfigChannel(ADC_HandleTypeDef*hadc,

ADC_ChannelConfTypeDef*sConfig);

该函数有两个入口参数，第一个就不用多说了，接下来我们看第二个入口参数sConfig，它

是ADC_ChannelConfTypeDef结构体指针类型，结构体定义如下：

typedefstruct

{

uint32_tChannel;//ADC通道

uint32_tRank;//规则通道中的第几个转换

uint32_tSamplingTime;//采样时间

}ADC_ChannelConfTypeDef;

该结构体有四个成员变量，对于STM32F1只用到前面三个。Channel用来设置ADC通道，

Rank用来设置要配置的通道是规则序列中的第几个转换，SamplingTime用来设置采样时间。

使用实例为：

ADC1_ChanConf.Channel=ch;//通道

ADC1_ChanConf.Rank=1;//第1个序列，序列1

ADC1_ChanConf.SamplingTime=ADC_SAMPLETIME_CYCLES_5;//采样时间

HAL_ADC_ConfigChannel(ADC1_Handler,ADC1_ChanConf);//通道配置

配置好通道并且使能ADC后，接下来就是读取ADC值。这里我们采取的是查询方式读取，

所以我们还要等待上一次转换结束。此过程HAL库提供了专用函数

HAL_ADC_PollForConversion，函数定义为：

HAL_StatusTypeDefHAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef*hadc,

uint32_tTimeout);

等待上一次转换结束之后，接下来就是读取ADC值，函数为：

uint32_tHAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef*hadc);

这两个函数的使用方法都比较简单，这里我们就不累赘了。

这里还需要说明一下ADC的参考电压，战舰STM32开发板使用的是STM32FZET6，

该芯片有外部参考电压：Vref-和Vref+，其中Vref-必须和VSSA连接在一起，而Vref+的输入

范围为：2.4~VDDA。战舰STM23开发板通过P7端口，设置Vref-和Vref+设置参考电压，默

认的我们是通过跳线帽将Vref-接到GND，Vref+接到VDDA，参考电压就是3.3V。如果大家想

自己设置其他参考电压，将你的参考电压接在Vref-和Vref+上就OK了。本章我们的参考电压

设置的是3.3V。

通过以上几个步骤的设置，我们就能正常的使用STM32的ADC1来执行AD转换操作了。

22.2硬件设计

本实验用到的硬件资源有：

1）指示灯DS0

2）TFTLCD模块

3）ADC

4）杜邦线

前面2个均已介绍过，而ADC属于STM32F1内部资源，实际上我们只需要软件设置就可

以正常工作，不过我们需要在外部连接其端口到被测电压上面。本章，我们通过ADC1的通道

1（PA1）来读取外部电压值，战舰STM32F没有设计参考电压源在上面，但是板上有几个

可以提供测试的地方：1，3.3V电源。2，GND。3，后备电池。注意：这里不能接到板上5V

电源上去测试，这可能会烧坏ADC!。

因为要连接到其他地方测试电压，所以我们需要1跟杜邦线，或者自备的连接线也可以，

一头插在多功能端口P10的ADC插针上（与PA1连接），另外一头就接你要测试的电压点（确

保该电压不大于3.3V即可）。

22.3软件设计

打开实验工程可以发现，我们在FWLIB分组下面新增了stm32f1xx_hal_adc.c源文件，同

时会引入对应的头文件stm32f1xx_hal_adc.h。ADC相关的库函数和宏定义都分布在这两个文件

中。同时，我们在HARDWARE分组下面新建了adc.c，也引入了对应的头文件adc.h。这两个

文件是我们编写的adc相关的初始化函数和操作函数。

打开adc.c，代码如下：

ADC_HandleTypeDefADC1_Handler;//ADC句柄

//初始化ADC

//ch:ADC_channels

//通道值0~16取值范围为：ADC_CHANNEL_0~ADC_CHANNEL_16

voidMY_ADC_Init(void)

{

RCC_PeriphCLKInitTypeDefADC_CLKInit;

ADC_CLKInit.PeriphClockSelection=RCC_PERIPHCLK_ADC;//ADC外设时钟

ADC_CLKInit.AdcClockSelection=RCC_ADCPCLK2_DIV6;

//分频因子6时钟为72M/6=12MHz

HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(ADC_CLKInit);//设置ADC时钟

ADC1_Handler.Instance=ADC1;

ADC1_Handler.Init.DataAlign=ADC_DATAALIGN_RIGHT;//右对齐

ADC1_Handler.Init.ScanConvMode=DISABLE;//非扫描模式

ADC1_Handler.Init.ContinuousConvMode=DISABLE;//关闭连续转换

ADC1_Handler.Init.NbrOfConversion=1;//1个转换在规则序列中就是只转换规则序列1

ADC1_Handler.Init.DiscontinuousConvMode=DISABLE;//禁止不连续采样模式

ADC1_Handler.Init.NbrOfDiscConversion=0;//不连续采样通道数为0

ADC1_Handler.Init.ExternalTrigConv=ADC_SOFTWARE_START;//软件触发

HAL_ADC_Init(ADC1_Handler);//初始化

HAL_ADCEx_Calibration_Start(ADC1_Handler);//校准ADC

}

//ADC底层驱动，引脚配置，时钟使能

//此函数会被HAL_ADC_Init()调用

//hadc:ADC句柄

voidHAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef*hadc)

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_Initure;

__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();//使能ADC1时钟

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//开启GPIOA时钟

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_1;//PA1

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_ANALOG;//模拟

GPIO_Initure.Pull=GPIO_NOPULL;//不带上下拉

HAL_GPIO_Init(GPIOA,GPIO_Initure);

}

//获得ADC值

//ch:通道值0~16，取值范围为：ADC_CHANNEL_0~ADC_CHANNEL_16

//返回值:转换结果

u16Get_Adc(u32ch)

{

ADC_ChannelConfTypeDefADC1_ChanConf;

ADC1_ChanConf.Channel=ch;//通道

ADC1_ChanConf.Rank=1;//第1个序列，序列1

ADC1_ChanConf.SamplingTime=ADC_SAMPLETIME_CYCLES_5;//采样时间

HAL_ADC_ConfigChannel(ADC1_Handler,ADC1_ChanConf);//通道配置

HAL_ADC_Start(ADC1_Handler);//开启ADC

HAL_ADC_PollForConversion(ADC1_Handler,10);//轮询转换

return(u16)HAL_ADC_GetValue(ADC1_Handler);

//返回最近一次ADC1规则组的转换结果

}

//获取指定通道的转换值，取times次,然后平均

//times:获取次数

//返回值:通道ch的times次转换结果平均值

u16Get_Adc_Average(u32ch,u8times)

{

u32temp_val=0;

u8t;

for(t=0;ttimes;t++)

{

temp_val+=Get_Adc(ch);

delay_ms(5);

}

returntemp_val/times;

}

此部分代码就3个函数，Adc_Init函数用于初始化ADC1。这里基本上是按我们上面的步

骤来初始化的，我们用标号①~④标示出来步骤。这里我们仅开通了1个通道，即通道1。第二

个函数Get_Adc，用于读取某个通道的ADC值，例如我们读取通道1上的ADC值，就可以通

过Get_Adc（ADC_Channel_1）得到。最后一个函数Get_Adc_Average，用于多次获取ADC值，

取平均，用来提高准确度。

头文件adc.h代码比较简单，主要是三个函数申明。接下来我们看看main函数内容：

intmain(void)

{

u16adcx;

floattemp;

HAL_Init();//初始化HAL库

Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9);//设置时钟,72M

delay_init(72);//初始化延时函数

uart_init();//初始化串口

usmart_dev.init(84);//初始化USMART

LED_Init();//初始化LED

LCD_Init();//初始化LCDFSMC接口

MY_ADC_Init();//初始化ADC1通道1

POINT_COLOR=RED;

LCD_ShowString(30,50,,16,16,WarShipSTM32);

LCD_ShowString(30,70,,16,16,ADCTEST);

LCD_ShowString(30,90,,16,16,ATOM

ALIENTEK);

LCD_ShowString(30,,,16,16,/5/29);

POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色

LCD_ShowString(30,,,16,16,ADC1_CH1_VAL:);

LCD_ShowString(30,,,16,16,ADC1_CH1_VOL:0.V);//先显示小数点

while(1)

{

adcx=Get_Adc_Average(ADC_CHANNEL_1,20);//获取通道1转换值，20次取平均

LCD_ShowxNum(,,adcx,4,16,0);//显示ADCC采样后的原始值

temp=(float)adcx*(3.3/);//获取计算后的带小数的实际电压值，比如3.1

adcx=temp;/赋值整数部分给adcx变量，因为adcx为u16整形

LCD_ShowxNum(,,adcx,1,16,0);

//显示电压值的整数部分，3.1的话，这里就是显示3

temp-=adcx;//把已经显示的整数部分去掉，留下小数部分，比如3.1-3=0.1

temp*=1;//小数部分乘以1，如：0.1转换为.1，相当于保留三位小数。

LCD_ShowxNum(,,temp,3,16,0X80);

//显示小数部分（前面转换为了整形显示），这里显示的就是.

LED0=!LED0;

delay_ms();

}

}}

此部分代码，我们在TFTLCD模块上显示一些提示信息后，将每隔ms读取一次ADC

通道1的值，并显示读到的ADC值（数字量），以及其转换成模拟量后的电压值。同时控制LED0

闪烁，以提示程序正在运行。

22.4下载验证

在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK战舰STM32F上，可以看到LCD

显示如图22.4.1所示：

图22.4.1ADC实验测试图

上图中，我们是将ADC和TPAD连接在一起，可以看到TPAD信号电平为3V左右，这是

因为存在上拉电阻R41的缘故。

同时伴随DS0的不停闪烁，提示程序在运行。大家可以试试把杜邦线接到其他地方，看看

电压值是否准确？但是一定别接到5V上面去，否则可能烧坏ADC！

通过这一章的学习，我们了解了STM32F1ADC的使用，但这仅仅是STM32F1强大的ADC

功能的一小点应用。STM32F1的ADC在很多地方都可以用到，另外，ADC的DMA功能是很

不错的，建议有兴趣的大家深入研究下STM32F1的ADC，相信会给你以后的开发带来方便。