STM32F10x系列ADC的使用（一）——单通道ADC

有好久没有写博客了，这段时间一直在学习与纠结中度过。一方面是纠结要不要学习AVR、PIC系列单片机，一方面是在学习STM32和3D打印。纠结的最后结果是——忘了8位单片机吧，专心学STM32。因为我发现，STM32F0系列，功能一样非常丰富，而且居然只要0.32美元。。。AVR等8位单片机，不论在性能还是价格上都毫无优势了。

另外至于3D打印，我发现居然有openscad这么好的建模软件，完全用代码描述模型，太棒了。

屁话不多说了。今天要记录的是STM32F10x系列的ADC功能的使用。STM32的ADC强大之处有很多，比如几乎每个引脚都可以做ADC，又比如转换速度超高，又比如即可以用轮询又可以用中断还可以用DMA。今天要依次介绍这三种方式。

================阶段一：ADC的配置===============

不管使用什么方式来读ADC，对ADC进行配置的办法都是一样的。假设我要初始化ADC1的通道0，代码如下：

void adc_init()
{
    ADC_InitTypeDef t_adc;
    //开启ADC1的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
    //ADC使用独立模式
    t_adc.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;
    //禁用扫描模式
    t_adc.ADC_ScanConvMode=DISABLE;
    //启用连续转换，即转换完一次后继续转换
    t_adc.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;
    //不使用外部触发
    t_adc.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;
    //数据右对齐
    t_adc.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;
    //要转换的通道数为1
    t_adc.ADC_NbrOfChannel=1;
    //初始化ADC1
    ADC_Init(ADC1,&t_adc);
    //配置ADC的时钟为PCLK2的8分频
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
    //设置ADC1的通道0的转换周期为71.5个采样周期
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_71Cycles5);
    //使能ADC1
    ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
    //使能软件触发
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
}

只有当多通道ADC时才会用到扫描模式（会在接下来的文中讲解）。

开启连续转换是指，一次ADC完成之后，会进行下一次ADC；如果关闭连续转换，那么转换一次以后就停止了。

STM32有个强大的功能就是可以使用某个外部触发信号来开始ADC转换，这个触发信号可以是外部中断触发、定时器触发；如果希望ADC不需要触发信号就不停工作，那么可以使用软件触发。

这里配置ADC的时钟为PCLK2的8分频，也就是72Mhz/8=9Mhz。当然这个不是最终的转换速率；由于我设置了转换周期为71.5，所以一次ADC需要的时间为(71.5+12.5)/9Mhz=9.3us。这个计算公式是这样的：

T=采样周期+12.5个周期

其中的12.5是一个固定的数值。

================阶段二：GPIO的配置===============

虽然ADC1的芯片内部开始工作了，可是如何把GPIO和ADC1连接起来呢？我们知道，STM32有3个ADC，而每个ADC有多达16个通道，这些通道和GPIO的对应关系是怎么样的呢？这个就需要查看下表了：

由于我们在配置ADC的时候，用的是ADC1的通道0，所以引脚就是PA0了。那好，我们就把PA0配置成模拟输入模式~代码如下：

void adc_gpio_init()
{
    GPIO_InitTypeDef t_gpio;
    //开启GPIOA的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    //引脚0
    t_gpio.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
    //模拟输入
    t_gpio.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;
    //在GPIOA上生效
    GPIO_Init(GPIOA,&t_gpio);
}

OK，就这么简单~

=================阶段三：使用轮询方式读取===============

基本的配置都完成了，那么就可以直接使用轮询来读取ADC的值了。轮询的代码如下：

while(1)
{
    u16 t_value;
    //等待ADC1转换完成
    while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==RESET);
    //获取ADC1的值
    t_value=ADC_GetConversionValue(ADC1);
    //清除转换完成标志
    ADC_ClearFlag(ADC1,ADC_FLAG_EOC);
    //t_value中就是ADC的值
}

就这么简单。

完整的代码（包括串口的初始化）如下：

#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_usart.h"
#include "stm32f10x_adc.h"

void usart1_confg()
{
    USART_InitTypeDef t_uart;
    GPIO_InitTypeDef t_gpio;
    //开启GPIOA和USART1的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
    //配置PA9（Tx）引脚为推挽输出，最大翻转频率10Mhz
    t_gpio.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
    t_gpio.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
    t_gpio.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&t_gpio);
    //配置PA10（Rx）引脚为悬浮输入
    t_gpio.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
    t_gpio.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    t_gpio.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&t_gpio);
    //配置串口波特率为115200，字长为8位，一位停止位，无校验位，无流控
    t_uart.USART_BaudRate=115200;
    t_uart.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;
    t_uart.USART_StopBits=USART_StopBits_1;
    t_uart.USART_Parity=USART_Parity_No;
    t_uart.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;
    t_uart.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1,&t_uart);
    //开启串口
    USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

void adc_init()
{
    ADC_InitTypeDef t_adc;
    //开启ADC1的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
    //ADC使用独立模式
    t_adc.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;
    //禁用扫描模式
    t_adc.ADC_ScanConvMode=DISABLE;
    //启用连续转换，即转换完一次后继续转换
    t_adc.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;
    //不使用外部触发
    t_adc.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;
    //数据右对齐
    t_adc.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;
    //要转换的通道数为1
    t_adc.ADC_NbrOfChannel=1;
    //初始化ADC1
    ADC_Init(ADC1,&t_adc);
    //配置ADC的时钟为PCLK2的8分频
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
    //设置ADC1的通道0的转换周期为71.5个采样周期
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_71Cycles5);
    //使能ADC1
    ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
    //使能软件触发
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
}

void adc_gpio_init()
{
    GPIO_InitTypeDef t_gpio;
    //开启GPIOA的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    //引脚0
    t_gpio.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
    //模拟输入
    t_gpio.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;
    //在GPIOA上生效
    GPIO_Init(GPIOA,&t_gpio);
}

int main()
{
    usart1_confg();
    adc_init();
    adc_gpio_init();
    while(1)
    {
        u16 t_value;
        //等待ADC1转换完成
        while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==RESET);
        //获取ADC1的值
        t_value=ADC_GetConversionValue(ADC1);
        //清除转换完成标志
        ADC_ClearFlag(ADC1,ADC_FLAG_EOC);
        //将采样值发送出去。由于采样值是12位，而每次只能发送8位，为了看个大概，右移4位。
        USART_SendData(USART1,t_value>>4);
    }
}

================阶段四：使用中断方式读取===============

接下来玩个稍微复杂一些的，那就是用中断读取。其实用中断读取的变化就是要增加一段配置中断的代码，然后在相应的中断函数中获取ADC1的值。

首先是配置NVIC，代码如下：

void nvic_config()
{
    NVIC_InitTypeDef t_nvic;
    //中断优先级组选用第一组，也就是最高一位表示抢占优先级，低3位用来表示响应优先级
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
    //中断配置为抢占优先级为1、响应优先级为1
    t_nvic.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
    t_nvic.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    //中断向量是ADC1_2_IRQn
    t_nvic.NVIC_IRQChannel=ADC1_2_IRQn;
    t_nvic.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    NVIC_Init(&t_nvic);
}

同时，需要添加一个中断处理函数：

void ADC1_2_IRQHandler()
{
    //判断ADC1转换完成
    if(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==SET)
    {
        u16 t_value;
        //获取ADC1的值
        t_value=ADC_GetConversionValue(ADC1);
        //将采样值发送出去。由于采样值是12位，而每次只能发送8位，为了看个大概，右移4位。
        USART_SendData(USART1,t_value>>4);
        //清除转换完成标志
        ADC_ClearFlag(ADC1,ADC_FLAG_EOC);
    }
}

以下是完整代码：

#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_usart.h"
#include "stm32f10x_adc.h"
#include "misc.h"
#include "stm32f10x.h"

void usart1_confg()
{
    USART_InitTypeDef t_uart;
    GPIO_InitTypeDef t_gpio;
    //开启GPIOA和USART1的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
    //配置PA9（Tx）引脚为推挽输出，最大翻转频率10Mhz
    t_gpio.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
    t_gpio.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
    t_gpio.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&t_gpio);
    //配置PA10（Rx）引脚为悬浮输入
    t_gpio.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
    t_gpio.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    t_gpio.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&t_gpio);
    //配置串口波特率为115200，字长为8位，一位停止位，无校验位，无流控
    t_uart.USART_BaudRate=115200;
    t_uart.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;
    t_uart.USART_StopBits=USART_StopBits_1;
    t_uart.USART_Parity=USART_Parity_No;
    t_uart.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;
    t_uart.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1,&t_uart);
    //开启串口
    USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

void adc_init()
{
    ADC_InitTypeDef t_adc;
    //开启ADC1的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
    //ADC使用独立模式
    t_adc.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;
    //禁用扫描模式
    t_adc.ADC_ScanConvMode=DISABLE;
    //启用连续转换，即转换完一次后继续转换
    t_adc.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;
    //不使用外部触发
    t_adc.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;
    //数据右对齐
    t_adc.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;
    //要转换的通道数为1
    t_adc.ADC_NbrOfChannel=1;
    //初始化ADC1
    ADC_Init(ADC1,&t_adc);
    //配置ADC的时钟为PCLK2的8分频
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
    //设置ADC1的通道0的转换周期为71.5个采样周期
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_71Cycles5);
    //使能ADC1
    ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
    //使能软件触发
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
}

void adc_gpio_init()
{
    GPIO_InitTypeDef t_gpio;
    //开启GPIOA的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    //引脚0
    t_gpio.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
    //模拟输入
    t_gpio.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;
    //在GPIOA上生效
    GPIO_Init(GPIOA,&t_gpio);
}

void ADC1_2_IRQHandler()
{
    //判断ADC1转换完成
    if(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==SET)
    {
        u16 t_value;
        //获取ADC1的值
        t_value=ADC_GetConversionValue(ADC1);
        //将采样值发送出去。由于采样值是12位，而每次只能发送8位，为了看个大概，右移4位。
        USART_SendData(USART1,t_value>>4);
        //清除转换完成标志
        ADC_ClearFlag(ADC1,ADC_FLAG_EOC);
    }
}

void nvic_config()
{
    NVIC_InitTypeDef t_nvic;
    //中断优先级组选用第一组，也就是最高一位表示抢占优先级，低3位用来表示响应优先级
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
    //中断配置为抢占优先级为1、响应优先级为1
    t_nvic.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
    t_nvic.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    //中断向量是ADC1_2_IRQn
    t_nvic.NVIC_IRQChannel=ADC1_2_IRQn;
    t_nvic.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    NVIC_Init(&t_nvic);
    //开启ADC转换完成中断
    ADC_ITConfig(ADC1,ADC_IT_EOC,ENABLE);
}

int main()
{
    usart1_confg();
    adc_init();
    adc_gpio_init();
    nvic_config();
    while(1);
}

==================阶段五：使用DMA方式读取===============

之前在《STM32F10x 通过DMA读写串口》一文中已经介绍过DMA了。这里也类似，不再细讲DMA的原理与设置，直接给出代码：

#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_usart.h"
#include "stm32f10x_adc.h"
#include "stm32f10x_dma.h"

void usart1_confg()
{
    USART_InitTypeDef t_uart;
    GPIO_InitTypeDef t_gpio;
    //开启GPIOA和USART1的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
    //配置PA9（Tx）引脚为推挽输出，最大翻转频率10Mhz
    t_gpio.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
    t_gpio.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
    t_gpio.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&t_gpio);
    //配置PA10（Rx）引脚为悬浮输入
    t_gpio.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
    t_gpio.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    t_gpio.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&t_gpio);
    //配置串口波特率为115200，字长为8位，一位停止位，无校验位，无流控
    t_uart.USART_BaudRate=115200;
    t_uart.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;
    t_uart.USART_StopBits=USART_StopBits_1;
    t_uart.USART_Parity=USART_Parity_No;
    t_uart.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;
    t_uart.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1,&t_uart);
    //开启串口
    USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

void adc_init()
{
    ADC_InitTypeDef t_adc;
    //开启ADC1的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
    //ADC使用独立模式
    t_adc.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;
    //禁用扫描模式
    t_adc.ADC_ScanConvMode=DISABLE;
    //启用连续转换，即转换完一次后继续转换
    t_adc.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;
    //不使用外部触发
    t_adc.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;
    //数据右对齐
    t_adc.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;
    //要转换的通道数为1
    t_adc.ADC_NbrOfChannel=1;
    //初始化ADC1
    ADC_Init(ADC1,&t_adc);
    //配置ADC的时钟为PCLK2的8分频
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);
    //设置ADC1的通道0的转换周期为71.5个采样周期
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_71Cycles5);
    //使能ADC1
    ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
    //使能软件触发
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
}

void adc_gpio_init()
{
    GPIO_InitTypeDef t_gpio;
    //开启GPIOA的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    //引脚0
    t_gpio.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
    //模拟输入
    t_gpio.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;
    //在GPIOA上生效
    GPIO_Init(GPIOA,&t_gpio);
}

u16 g_value=0;

void dma_config()
{
    DMA_InitTypeDef t_dma;
    //开启DMA1时钟
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);
    //DMA设备基地址为((u32)0x40012400+0x4c)，也可以写作(u32)(&(ADC1->DR))
    t_dma.DMA_PeripheralBaseAddr=(u32)(&(ADC1->DR));
    //DMA内存基地址为&g_value
    t_dma.DMA_MemoryBaseAddr=(u32)&g_value;
    //DMA传输方向为设备到内存
    t_dma.DMA_DIR=DMA_DIR_PeripheralSRC;
    //DMA缓冲区大小为1
    t_dma.DMA_BufferSize=1;
    //DMA设备地址不递增，内存地址不递增
    t_dma.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable;
    t_dma.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Disable;
    //DMA设备数据单位为半字、内存数据单位为半字，即每次传输16位
    t_dma.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
    t_dma.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
    //DMA模式为循环，即传完一轮就进行下一轮
    t_dma.DMA_Mode=DMA_Mode_Circular;
    //DMA优先级为中
    t_dma.DMA_Priority=DMA_Priority_Medium;
    //DMA禁止内存到内存
    t_dma.DMA_M2M=DMA_M2M_Disable;
    DMA_Init(DMA1_Channel1,&t_dma);
    //启用DMA1的通道1
    DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);
    //启动DMA搬运ADC数值
    ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE);
}

int main()
{
    usart1_confg();
    adc_init();
    adc_gpio_init();
    dma_config();
    while(1)
    {
        USART_SendData(USART1,g_value>>4);
    }
}