文章目录
1. ADC概述
- 功能：ADC是一个将模拟信号（如电压）转换为数字信号的设备。在微控制器中，它允许模拟信号如传感器输出或其他电压形式被数字化，进而可以由数字系统处理。
- 分辨率：12位，这意味着ADC输出的数字可以在0到4095之间变化。更高的分辨率意味着更精确的输入信号量化。
- 转换速度：1μs转换时间指每个ADC样本的获取和转换仅需1微秒。
- 输入电压范围：0至3.3V，这是微控制器能够安全处理的电压范围，超过此范围可能导致硬件损伤或数据不准确。
- 多通道输入：STM32F103C8T6具备10个外部和2个内部的ADC通道，使得可以同时从多个源获取数据，非常适合复杂或多变量的监测任务。
- 18个触发输入：这些触发输入支持从10个外部源和2个内部源触发ADC，允许在特定事件发生时自动启动ADC转换，增强了系统的自动化和响应速度。
对于将数字信号转为模拟信号的功能称为DAC，和PWM相似，PWM只有导通和断开两种状态。这两种状态都没有功率损耗，所以适用于直流电机这种大功率场景。而DAC主要应用于波形生产：比如信号发射器。
2. ADC结构图
从结构图中可以看出，有18个输入通道（C8T6只有10个），到达模拟多路开关，可以指定想要选择的通道，再往右边是多路开关的输出，进入到模数转换器，这里的转换器采用逐次比较的方法，也就是二进制从高位到地位依次比较，转换的结果会存放到数据寄存器中，读取寄存器就可以得到数据。
对于普通的ADC，多路开关一般只选择一个，也就是选择其中一个通道，然后转换，转换完成后取出结果，但在这里可以选择多个通道，并且stm32还有分组的功能，规则组和注入组。
规则组可以一次性选择16个通道，注入组可以选择4个通道。但是由于数据寄存器只能存放一个数据，所以选择多个通道会导致前面的数据被覆盖，这时就需要使用到DMA,它可以将每个数据进行转移。
对于注入组，不用担心数据覆盖的问题，因为注入通道有4个寄存器，可以同时储存4个通道的数据。
并且还可以在模拟看门狗中设置阈值，例如如果超出阈值，就会触发中断。
3. 引脚定义
引脚定义也可以在数据手册中查到：
| 通道编号 | ADC1 | ADC2 | ADC3 |
|---|---|---|---|
| 通道0 | PA0 | PA0 | PA0 |
| 通道1 | PA1 | PA1 | PA1 |
| 通道2 | PA2 | PA2 | PA2 |
| 通道3 | PA3 | PA3 | PA3 |
| 通道4 | PA4 | PA4 | PF6 |
| 通道5 | PA5 | PA5 | PF7 |
| 通道6 | PA6 | PA6 | PF8 |
| 通道7 | PA7 | PA7 | PF9 |
| 通道8 | PB0 | PB0 | PF10 |
| 通道9 | PB1 | PB1 | |
| 通道10 | PC0 | PC0 | PC0 |
| 通道11 | PC1 | PC1 | PC1 |
| 通道12 | PC2 | PC2 | PC2 |
| 通道13 | PC3 | PC3 | PC3 |
| 通道14 | PC4 | PC4 | |
| 通道15 | PC5 | PC5 | |
| 通道16 | 温度传感器 | ||
| 通道17 | 内部参考电压 |
4. 转换模式
在ADC初始化的结构体中有两个参数，单词转换/连续转换，扫描模式/非扫描模式，这两个参数组成了不同的转换模式。
- 单次转换，非扫描模式
在这个模式下只有序列1有效（非扫描模式），如果想转换某一个通道，例如选择通道2，这时就会转换通道2的数据并将数据存入寄存器，如果想换一个通道就需要将选择的新通道替换掉原来的通道2.
- 连续转换，非扫描模式
非扫描模式，所以还是序列1有效，和单次转换不同的是，连续模式代表转换一次后，不需要等待，会自动进行下一轮的转换。
- 单次转换，扫描模式
依然是单次转换，所以只触发一次，转换结束后会停止。扫描模式代表可以使用菜单，也就是使用多个序列，多个通道。比如这里指定通道数目为7，代表会依次扫描前7个通道，转换结果放到寄存器中，为了防止数据被覆盖，需要用DMA及时将数据转移走。七个通道转换完成后，产生ECO信号，代表转换结束。
- 连续转换，扫描模式
相对于单次转换，扫描模式，这个模式在转换完成后，立刻开始下一次的转换。也就是转换一次后，不需要等待，会自动进行下一轮的转换。
5. 数据对齐
在ADC中，转换结果为12位的数据，但是数据寄存器是16位的，这就存在一个数据对齐的问题。有两种方式，数据右对齐和数据左对齐。
数据右对齐：
12位的数据向右靠，高位多出来的几位就补0，这个方式读取寄存器，直接得到的就是转换结果。
数据左对齐：
12位的数据向左靠，低位补0，这个方式直接读取的话数据会较大，因为二进制左移一次相当于把这个数据乘以2，下面的例子相当于把结果乘以16倍。
6. 转换时间
AD转换的步骤位：采样，保持，量化，编码
采样保持的作用：因为AD转换时，量化和编码需要一段时间，如果在这段时间中，输入电压依然不断变化，就无法准确判断电压的数据，所以就需要用到采样开关，先打开开关收集外部电压，然后断开采样开关，再进行量化和编码，这个过程所用的时间就是采样时间。
- STM32 ADC的总转换时间：
总转换时间是进行一次完整AD转换所需要的时间，它由两部分组成：
- 采样时间：ADC模块在将模拟信号转换成数字信号前，需要一定的时间来采样模拟信号。这段时间是可编程的，可以根据信号的性质和需要的精度来调整。
- 转换时间：这是ADC完成实际的模数转换过程所需的固定时间，通常由内部时钟频率决定。
- 公式说明：
总转换时间的计算公式为： T(CONV) = 采样时间 + 12.5个ADC周期
其中T(CONV) 是ADC模块的时钟周期，这取决于ADC时钟（ADC Clk）的频率。
- 示例：
假设 ADC Clk 的频率是14MHz，则每个时钟周期T(ADC)是 1/114MHz，1/14MHz 约为 71.4ns。因此，如果采样时间设置为1.5个ADC时钟周期（通常是最小设置），转换时间计算如下： T(CONV) = 1.5×71.4ns+12.5×71.4nsTCONV=1.5×71.4ns+12.5×71.4ns
T(CONV) = 1.071ns + 892.5ns
T(CONV) = 893.571ns 即转换时间大约是893.571纳秒，接近1微秒。
7. 硬件电路
ADC有一个内置自校准模式。校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的准精度误差。校准期间，在每个电容器上都会计算出一个误差修正码(数字值)，这个码用于消除在随后的转换中每个电容器上产生的误差，所以建议在每次上电后执行一次校准，启动校准前， ADC必须处于关电状态超过至少两个ADC时钟周期，这些都会在初始化代码中设置。
下面三种电路就是常见的ADC的外围输入电路。
第一个是电位器产生可调电压，中间的PA0，也就是滑动端可以输出一个0-3.3v可调的电压输出，当滑动端向上时，电压增大，往下滑时，电压减少，另外这里电阻的阻值不能太小，太小可能会损坏，至少要接千欧的电阻。
第二个是传感器输出电压的电路，它们都可以等效为一个可变电阻，因为电阻阻值无法直接测量，所以这里可以通过和一个固定电阻串联分压，来得到一个反应电阻值电压的电路，这里传感器阻值变小时，下拉作用变强，输入端电压就下降。传感器阻值变大时，下拉作用变弱，输出端收上拉电阻的作用，电压就会升高，固定电阻一般可以选择和传感器阻值相近的电阻。
第三个是电压转换电路，比如测量一个5v电池输入电压，但ADC只能测量不超过3.3v的电压，就可以使用电阻进行分压，上面加下面的阻值一共50K，根据分压公式，中间的电压为VIN/50K*33K，最后得到的电压就是0-3.3V.
8. STM32使用ADC单/多通道检测数据
完整工程文件：