STM32单片机（七）ADC模拟数字转换器----第一节：ADC模数转换器

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☀️ 专栏适用人群 ：适用于想要从零基础开始学习入门单片机，且有一定C语言基础的的童鞋。
🌙专栏目标：实现从零基础入门51单片机和STM32单片机，力求在玩好单片机的同时，能够了解一些计算机的基本概念，了解电路及其元器件的基本理论等。

⭐️ 专栏主要内容： 主要学习STM32单片机的功能、各个模块、单片机的外设、驱动等，最终玩好单片机和单片机的外设，全程手敲代码，实现我们所要实现的功能。
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本大节主要学习ADC模拟数字转换器的相关知识，包含两小节：
第一小节主要学习ADC模拟数字转换器的理论基础知识，第二小节是对第一小节的内容写两个程序进行练习，分别是AD单通道和AD多通道；
最终附上所有的源代码；

本小节主要学习ADC模拟数字转换器的理论基础知识。

ADC的作用：
对于GPIO来说，它只能读取引脚的高低电平，要么是高电平，要么是低电平，只有两个值；而使用ADC之后，我们就可以对这个高电平和低电平之间的任意电压进行量化，最终用一个变量来表示，读取这个变量，就可以知道引脚的具体电压是多少了；所以ADC其实就是一个电压表，把引脚的电压值测出来，放在一个变量里，这就是ADC的作用；

1 ADC简介

• STM32主要是数字电路，数字电路只有高低电平，没有几伏电压的概念，所以如果想要读取电压值，就需要借助ADC模数转换器来实现了；ADC读取引脚上的模拟电压，转换为一个数据，存在寄存器里，我们再把这个数据读取到变量里，就可以进行显示、判断、记录等等操作了；
• ADC可以将模拟信号转换为数字信号，是模拟电路到数字电路的桥梁；
• DAC模拟数字转换器，可以将数字量转换为模拟电压；

ADC有两个关键参数：

• 第一个是分辨率，一般用多少位来表示，12位AD值，它的表示范围就是0~2^12-1；就是量化结果范围是0~4095；位数越高，量化结果就越精细，对应分辨率就越高；
• 第二个是转换时间，就是转换频率；AD转换是需要花一小段时间的，这里的1us就表示从AD转换开始，到产生结果，需要花1us时间，对应AD转换的频率就是1MHz；这个就是STM32 ADC最快的转换频率；

2 逐次逼近型ADC

• 上图是ADC0809的内部结构图；它是一个独立的8位逐次逼近型ADC芯片，其是一款经典的外挂型ADC芯片；
• 左边IN0-IN7是8路输入通道；通过通道选择开关，选中一路，输入到比较器进行转换；
• 下面的地址锁存和译码模块；就是你想选中哪个通道，就把通道号放在ADDA-ADDC这三个引脚上，然后给一个锁存信号，则上面通道选择开关里对应的通路开关就可以自动拨好了；
• 这个ADC只有8个输入通道，而我们STM32内部的ADC是有18个输入通道的；所以对应上面输入通道，STM32内部是有18个输入的；
• 比较器可以判断两个输入信号电压的大小关系，输出一个高低电平指示谁大谁小，它的两个输入端，一个是待测电压，另一个是DAC的电压输出端，DAC是数模转换器，给它一个数据，它就可以输出数据对应的电压；现在在比较器两端，一端有了一个外部通道输入的位置编码的电压，另一端有了一个DAC输出的一直编码的电压，他俩同时输入到电压比较器，进行大小判断；如果DAC输出的电压比较大，我就调小DAC数据，如果DAC输出的电压比较小，我就增大DAC数据，直到他们相等；就得到了外部位置编码电压的具体数值，这样DAC输入的数据就是外部电压的编码数据了 ；这就是DAC的实现原理；
• 上面提到的比较方法，使用的是二分法的比较方法；

3 ADC框图

• 模拟多路开关，可以指定我们想要选择的通道；右边是多路开关的输出，进入到模数转换器；这里的模数转换器就是执行逐次比较的过程；转换结果会直接放在数据寄存器里；通过程序读取寄存器就能直到ADC转换的结果了；

4 ADC基本结构

• 左边是输入通道，16个GPIO口，外加两个内部的通道;
• 然后进入AD转换器，AD转换器里有两个组，一个是规则组，一个是注入组，规则组最多可以选中16个通道，注入组最多可以选择4个通道；
• 转换的结果可以存放在AD数据寄存器里，其中规则组只有1个数据寄存器，注入组有4个
• 然后下面有触发机制，提供了开始转换这个START信号，触发控制可以选择软件触发和硬件触发，硬件触发主要是来自于定时器，当然也可以选择外部中断的引脚；右边是来自于RCC的ADC时钟CLOCK；ADC逐次比较的过程就是由这个时钟推动的；
• 模拟看门狗用于检测转换结果的范围， 如果超出设定的阈值，就通过中断输出控制，向NVIC申请中断；
• 另外，规则组和注入组转换完成后会有个EOC信号，它会置一个标志位，当然也可以通向NVIC；
• 最后右下角还有个开关控制，在库函数中，就是ADC_Cmd函数，用于给ADC上电的；

5 输入通道

上图是ADC通道和引脚复用的关系；

6 转换模式

• 单词转换，非扫描模式，单次转换后就会停止；然后开启下一次转换；

• 连续转换，非扫描模式：它与单次转换，非扫描模式的不同是，它在一次转换结束后不会停止，而是立刻开始下一轮的转换，然后一直持续下去；这样只需要最开始触发一次，之后就可以一直转换了；
• 这个模式的好处是开启转换后不需要等待一段时间；

• 单次转换，扫描模式：也是单次转换，所以每触发一次，转换结束后就会停下来，下次转换就得再触发才能开始；然后它是扫描模式，就会用到列表了，左边的每个位置是通道几可以任意指定，并且可以重复；初始化结构体里还会有个参数，就是通道数目，因为16个位置可以不用完，只用前几个，所以需要指定通道数；
  
• 连续转换，扫描模式

7 触发控制

8 数据对齐

• 一般我们使用右对齐

9 转换时间

10 校准

11 硬件电路