中科芯CKS32F107xx系列微控制器ADC应用指南

时间： 2024-07-08 来源：中科芯MCU公众号

技术问答

独立模式单通道采集

CKS32F107xx系列微控制器产品提供2个12位的模拟/数字转换器(ADC)，每个ADC共用多达16个外部通道，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。

A/D转换器的供电和参考电压

为了提高转换的精确度，ADC使用一个独立的电源供电，其电源引脚为VDDA和VSSA，从而过滤和屏蔽来自印刷电路板上的毛刺干扰。在进行硬件设计的时候，VDDA和VSSA必须分别连接到VDD和VSS。对于100脚封装的，为了确保输入为低压时获得更好精度，用户可以连接一个独立的外部参考电压ADC到VREF+和VREF-脚上，其中，VREF-引脚必须连接到VSSA，而VREF+的电压范围为2.4V～VDDA。对于64引脚封装的，没有VREF+和VREF-引脚，他们在芯片内部与ADC的电源(VDDA)和地(VSSA)相联。

ADC转换时间

ADC输入时钟ADC_CLK由PCLK2 经过分频产生，最大是14M，分频因子由RCC时钟配置寄存器RCC_CFGR的位15:14 ADCPRE[1:0]设置，可以是2/4/6/8分频，注意这里没有1分频。一般我们设置PCLK2=HCLK=72M。ADC使用若干个ADC_CLK周期对输入电压采样，采样周期数目可以通过ADC_SMPR1和 ADC_SMPR2寄存器中的SMP[2:0]位更改。每个通道可以分别用不同的时间采样。总转换时间如下计算：TCONV=采样时间+12.5个周期。例如当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5周期，则总的转换时间TCONV=1.5+12.5=14周期=1μs。

ADC数据寄存器

ADC转换完成后的数据输出寄存器。根据转换组的不同，规则组的完成转换的数据输出到ADC_DR寄存器，注入组的完成转换的数据输出到ADC_JDRx寄存器。假如是使用双重模式，规则组的数据也是存放在ADC_DR寄存器。ADC规则组数据寄存器ADC_DR是一个32位的寄存器，独立模式时只使用到该寄存器低16位保存ADC1/2的规则转换数据。在双ADC模式下，高16位用于保存ADC2转换的数据，低16位用于保存ADC1转换的数据。因为ADC的精度是12位的，ADC_DR寄存器无论高16位还是低16位，存放数据的位宽都是16 位的，所以允许选择数据对齐方式。由ADC_CR2寄存器的ALIGN位设置数据对齐方式，可选择：右对齐或者左对齐。如果使用多通道转换，那么这些通道的数据也会存放在ADC_DR里面，按照规则组的顺序，上一个通道转换的数据，会被下一个通道转换的数据覆盖掉，所以当通道转换完成后要及时把数据取走。比较常用的方法是使用DMA模式。当规则组的通道转换结束时，就会产生DMA请求，这样就可以及时把转换的数据搬运到用户指定的目的地址存放。注意：只有ADC1可以产生DAM请求，而由ADC2转换的数据可以通过双ADC模式，利用ADC1的 DMA功能传输。

ADC中断

ADC中断可分为三种：规则组转换结束中断、注入组转换结束中断、设置了模拟看门狗状态位中断。它们都有独立的中断使能位，分别由ADC_CR 寄存器的EOCIE、JEOCIE、AWDIE位设置，对应的标志位分别是EOC、JEOC、AWD。

ADC初始化结构体详解

ADC_InitTypeDef结构体用于设置ADC的工作参数，并由标准库函数ADC_Init()调用这些设定参数进入设置外设相应的寄存器，达到配置外设工作环境的目的。其具体的定义如下：

typedef struct

{

uint32_t ADC_Mode;

FunctionalState ADC_ScanConvMode;

FunctionalState ADC_ContinuousConvMode;

uint32_t ADC_ExternalTrigConv;

uint32_t ADC_DataAlign;

uint8_t ADC_NbrOfChannel;

}ADC_InitTypeDef;

ADC_Mode：配置ADC的模式，当使用一个ADC时是独立模式，使用两个ADC 时是双模式，在双模式下还有很多细分模式可选，具体配置ADC_CR1:DUALMOD位。
ScanConvMode：可选参数为ENABLE和DISABLE，配置是否使用扫描。如果是单通道AD转换使用DISABLE，如果是多通道AD转换使用ENABLE，具体配置 ADC_CR1:SCAN位。
ADC_ContinuousConvMode：可选参数为 ENABLE 和 DISABLE，配置是启动自动连续转换还是单次转换。使用ENABLE配置为使能自动连续转换；使用 DISABLE 配置为单次转换，转换一次后停止需要手动控制才重新启动转换，具体配置 ADC_CR2:CON位。
ADC_ExternalTrigConv：外部触发选择，ADC有很多外部触发条件，可根据项目需求配置触发来源。实际上，我们一般使用软件自动触发。
ADC_DataAlign：转换结果数据对齐模式，可选右对齐ADC_DataAlign_Right 或者左对齐ADC_DataAlign_Left。
ADC_NbrOfChannel：AD转换通道数目，根据实际设置即可。具体的通道数和通道的转换顺序是配置规则序列或注入序列寄存器。

CKS32F103XX ADC单通道采集实验

本实验使用规则组单通道的单次转换模式，并且通过软件触发，即由ADC_CR2寄存器的SWSTART位启动。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。

CKS32F107xx的ADC通道1在PA1上，所以，我们先要使能PORTA的时钟和ADC1时钟，然后设置PA1为模拟输入。使能GPIOA和ADC时钟用RCC_APB2PeriphClockCmd函数，设置 PA1的输入方式，使用GPIO_Init函数即可。

2）复位 ADC1，同时设置 ADC1 分频因子。

开启ADC1时钟之后，我们要复位ADC1，将ADC1的全部寄存器重设为缺省值之后我们就可以通过RCC_CFGR设置ADC1的分频因子。分频因子要确保ADC1的时钟（ADCCLK）不要超过14Mhz。这个我们设置分频因子位6，时钟为72/6=12MHz,库函数的实现方法是:

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

ADC 时钟复位的方法是：

ADC_DeInit(ADC1)；

3）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。

在设置完分频因子之后，我们就可以开始 ADC1 的模式配置了，设置单次转换模式、触发方式选择、数据对齐方式等都在这一步实现。同时，我们还要设置ADC1规则序列的相关信息，我们这里只有一个通道，并且是单次转换的，所以设置规则序列中通道数为1。这些在库函数中是通过函数ADC_Init实现的。

4）使能ADC并校准。

在设置完了以上信息后，我们就使能AD转换器，执行复位校准和AD校准，注意这两步是必须的！不校准将导致结果很不准确。使能指定ADC的方法是：

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

执行复位校准的方法是：

ADC_ResetCalibration(ADC1);

执行ADC校准的方法是：

ADC_StartCalibration(ADC1);

每次进行校准之后要等待校准结束。这里是通过获取校准状态来判断是否校准是否结束。等待复位校准结束函数为：

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

等待AD校准结束函数为：

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

5）读取ADC值。

在上面的校准完成之后，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，采样顺序，以及通道的采样周期，然后启动ADC转换。在转换结束后，读取ADC 转换结果值就是了。我们这里是规则序列中的第1个转换，同时采样周期为239.5，所以设置为：

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );

软件开启ADC转换的方法是：

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

开启转换之后，就可以获取转换ADC转换结果数据，方法是：

ADC_GetConversionValue(ADC1);

同时在AD转换中，我们还要根据状态寄存器的标志位来获取AD转换的各个状态信息。库函数获取AD转换的状态信息的函数是：

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG)；

比如我们要判断ADC1d的转换是否结束，方法是：

while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));

通过以上几个步骤的设置，我们就能正常的使用CKS32F107xx的ADC1来执行AD转换操作了。

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