《M144Z-M3最小系统板使用指南——STM32F103版》第三十三章 单通道ADC采集实验

正点原子运营

第三十三章 单通道ADC采集实验

1）实验平台：正点原子 M144Z-M3 STM32F103最小系统板

2) 章节摘自【正点原子】M144Z-M3最小系统板使用指南——STM32F103版

3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?&id=609293737870

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boar ... _mini_sysboard.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子STM32技术交流QQ群:725095144

本章介绍使用STM32F103模数转换器（ADC）进行带通道的电压采集。通过本章的学习，读者将学习到单通道ADC的使用。

本章分为如下几个小节：

33.1 硬件设计

33.2 程序设计

33.3 下载验证

33.1 硬件设计

33.1.1 例程功能

1. LCD上不断刷新显示PA1引脚输入电压采样的数字量和模拟量。

2. LED0闪烁，提示程序正在运行

33.1.2 硬件资源

1. LED

       LED0 - PB5

2. 正点原子2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块

3. ADC2

       Channel1 - PA1

33.1.3 原理图

本章实验使用的ADC1为STM32F103的片上资源，因此没有对应的连接原理图。

33.2 程序设计

33.2.1 HAL库的ADC驱动

本章实验将使用ADC1的通道1（PA1引脚）采集外部输入电压的模拟量，并将其转换为数字量，其具体的步骤如下：

①：初始化ADC

②：配置ADC通道

③：开启ADC

④：ADC轮询转换

⑤：获取ADC值

在HAL库中对应的驱动函数如下：

①：初始化ADC

该函数用于初始化ADC，其函数原型如下所示：

1. HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Init(ADC_HandleTypeDef* hadc);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表33.2.1.1 函数HAL_ADC_Init()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表33.2.1.2 函数HAL_ADC_Init()返回值描述

该函数需要传入ADC的句柄指针，该句柄中就包含了ADC的初始化配置参数结构体，该结构体的定义如下所示：

1. typedef struct
   
2. {
   
3.     uint32_t DataAlign;                     /* 数据对齐方式 */
   
4.     uint32_t ScanConvMode;                  /* 扫描模式 */
   
5.    FunctionalState ContinuousConvMode;     /* 连续转换 */
   
6.     uint32_t NbrOfConversion;               /* 规则序列 */
   
7.    FunctionalState DiscontinuousConvMode; /* 不连续采样模式  */
   
8.     uint32_tNbrOfDiscConversion;           /* 不连续采样序列 */
   
9.     uint32_t ExternalTrigConv;              /* 外部触发转换 */
   
10. }ADC_InitTypeDef;

复制代码

该函数的使用示例，如下所示：

1. #include "stm32f1xx_hal.h"
   
2. void example_fun(void)
   
3. {
   
4.    ADC_HandleTypeDef adc_handle = {0};
   
5.    
   
6.     /* 初始化ADC */
   
7.    adc_handle.Instance = ADC1;
   
8.    adc_handle.Init.DataAlign =ADC_DATAALIGN_RIGHT;
   
9.    adc_handle.Init.ScanConvMode = DISABLE;
   
10.    adc_handle.Init.ContinuousConvMode= DISABLE;
    
11.    adc_handle.Init.NbrOfConversion= 1;
    
12.    adc_handle.Init.DiscontinuousConvMode= DISABLE;
    
13.    adc_handle.Init.NbrOfDiscConversion= 1;
    
14.    adc_handle.Init.ExternalTrigConv=ADC_SOFTWARE_START;
    
15.    HAL_ADC_Init(&adc_handle);
    
16. }

复制代码

②：配置ADC通道

该函数用于配置ADC通道，其函数原型如下所示：

1. HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_ConfigChannel(   ADC_HandleTypeDef* hadc,
   
2.                                              ADC_ChannelConfTypeDef* sConfig);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表33.2.1.3 函数HAL_ADC_ConfigChannel()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表33.2.1.4 函数HAL_ADC_ConfigChannel()返回值描述

该函数使用ADC_ChannelConfTypeDef类型结构体指针传入了ADC通道的配置参数，该结构体的定义如下所示：

1. typedef struct
   
2. {
   
3.     uint32_t Channel;       /* 通道 */
   
4.     uint32_t Rank;          /* 规则组中的序号 */
   
5.     uint32_t SamplingTime;  /* 采样时间 */
   
6. }ADC_ChannelConfTypeDef;

复制代码

该函数的使用示例，如下所示：

1. #include "stm32f1xx_hal.h"
   
2. void example_fun(void)
   
3. {
   
4.    ADC_ChannelConfTypeDef config = {0};
   
5.    
   
6.     /* 配置ADC通道 */
   
7.    config.Channel = ADC_CHANNEL_0;
   
8.    config.Rank = 1;
   
9.    config.SamplingTime =ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
   
10.    HAL_ADC_ConfigChannel(&adc_handle, &config);
    
11. }

复制代码

③：开启ADC

该函数用于开启ADC，其函数原型如下所示：

1. HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表33.2.1.5 函数HAL_ADC_Start()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表33.2.1.6 函数HAL_ADC_Start()返回值描述

该函数的使用示例，如下所示：

1. #include "stm32f1xx_hal.h"
   
2. void example_fun(void)
   
3. {
   
4.     /* 开启ADC */
   
5.    HAL_ADC_Start(&adc_handle);
   
6. }

复制代码

④：ADC轮询转换

该函数用于ADC轮询转换，其函数原型如下所示：

1. HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(   ADC_HandleTypeDef* hadc,
   
2.                                                  uint32_t Timeout);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表33.2.1.7 函数HAL_ADC_PollForConversion()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表33.2.1.8 函数HAL_ADC_PollForConversion()返回值描述

该函数的使用示例，如下所示：

1. #include "stm32f1xx_hal.h"
   
2. void example_fun(void)
   
3. {
   
4.     /* ADC轮询转换 */
   
5.    HAL_ADC_PollForConversion(&adc_handle, HAL_MAX_DELAY);
   
6. }

复制代码

⑤：获取ADC值

该函数用于获取ADC值，其函数原型如下所示：

1. uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表33.2.1.9 函数HAL_ADC_GetValue()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表33.2.1.10 函数HAL_ADC_GetValue()返回值描述

该函数的使用示例，如下所示：

1. #include"stm32f1xx_hal.h"
   
2. void example_fun(void)
   
3. {
   
4.     uint32_t value;
   
5.    
   
6.     value = HAL_ADC_GetValue(&adc_handle);
   
7.    
   
8.     /* Do something.*/
   
9. }

复制代码

33.2.2ADC驱动

本章实验的ADC驱动主要负责向应用层提供ADC的初始化和获取ADC转换结果的函数。本章实验中，ADC的驱动代码包括adc.c和adc.h两个文件。

ADC驱动中，对ADC、GPIO的相关宏定义，如下所示：

1. #define ADC_ADCX    ADC2
   
2. #define ADC_ADCX_CLK_ENABLE()          \
   
3.     do {                                \
   
4.          __HAL_RCC_ADC2_CLK_ENABLE();   \
   
5.     }while (0)
   
6. #define ADC_ADCX_CHY           ADC_CHANNEL_1
   
7. #define ADC_ADCX_CHY_GPIO_PORT GPIOA
   
8. #define ADC_ADCX_CHY_GPIO_PIN  GPIO_PIN_1
   
9. #define ADC_ADCX_CHY_GPIO_CLK_ENABLE() \
   
10.     do {                                \
    
11.          __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  \
    
12.     }while (0)
    
13. ADC驱动中，ADC的初始化函数，如下所示：
    
14. /**
    
15. *@brief   初始化ADC
    
16. *@param   无
    
17. *@retval  无
    
18. */
    
19. void adc_init(void)
    
20. {
    
21.     /* 配置ADC */
    
22.    g_adc_handle.Instance = ADC_ADCX;
    
23.    g_adc_handle.Init.DataAlign =ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    
24.    g_adc_handle.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    
25.    g_adc_handle.Init.ContinuousConvMode= DISABLE;
    
26.    g_adc_handle.Init.NbrOfConversion= 1;
    
27.    g_adc_handle.Init.DiscontinuousConvMode= DISABLE;
    
28.    g_adc_handle.Init.NbrOfDiscConversion= 1;
    
29.    g_adc_handle.Init.ExternalTrigConv=ADC_SOFTWARE_START;
    
30.    HAL_ADC_Init(&g_adc_handle);
    
31. }

复制代码

从上面的代码中可以看出，初始化ADC就是调用函数HAL_ADC_Init()来初始化ADC。

ADC驱动中，配置ADC通道的函数，如下所示：

1. /**
   
2. *@brief   设置ADC通道
   
3. *@param   adc_handle: ADC句柄
   
4. *@param   channel: ADC通道
   
5. *@param   rank: 规则采样的编号
   
6. *@param   sampling_time: 采样时间
   
7. *@retval  无
   
8. */
   
9. voidadc_channel_set(  ADC_HandleTypeDef *adc_handle,
   
10.                          uint32_t channel,
    
11.                          uint32_t rank,
    
12.                          uint32_t sampling_time)
    
13. {
    
14.    ADC_ChannelConfTypeDef adc_channel_conf_struct = {0};
    
15.    
    
16.     /* 配置ADC通道 */
    
17.    adc_channel_conf_struct.Channel = channel;
    
18.    adc_channel_conf_struct.Rank = rank;
    
19.    adc_channel_conf_struct.SamplingTime = sampling_time;
    
20.    HAL_ADC_ConfigChannel(adc_handle, &adc_channel_conf_struct);
    
21. }
    
22. ADC驱动中，获取ADC转换结果的函数，如下所示：
    
23. /**
    
24. *@brief   获取ADC结果
    
25. *@param   channel: ADC通道
    
26. *@retval  ADC结果
    
27. */
    
28. uint16_t adc_get_result(uint32_t channel)
    
29. {
    
30.     uint16_t result;
    
31.    
    
32.    adc_channel_set(&g_adc_handle, channel, 1,ADC_SAMPLETIME_480CYCLES);
    
33.    HAL_ADC_Start(&g_adc_handle);
    
34.    HAL_ADC_PollForConversion(&g_adc_handle, HAL_MAX_DELAY);
    
35.    result =HAL_ADC_GetValue(&g_adc_handle);
    
36.    
    
37.     return result;
    
38. }
    
39. /**
    
40. *@brief   均值滤波获取ADC结果
    
41. *@param   channel: ADC通道
    
42. *@param   times: 均值滤波的原始数据个数
    
43. *@retval  ADC结果
    
44. */
    
45. uint16_t adc_get_result_average(uint32_t channel, uint8_t times)
    
46. {
    
47.     uint32_t sum_result = 0;
    
48.     uint8_t index;
    
49.     uint16_t result;
    
50.    
    
51.     for (index=0; index<times; index++)
    
52.     {
    
53.          sum_result += adc_get_result(channel);
    
54.     }
    
55.    
    
56.    result = sum_result / times;
    
57.    
    
58.     return result;
    
59. }

复制代码

以上两个函数都是用于获取ADC转换结果的函数，其中函数adc_get_result()会配置并开启ADC指定通道的规则通道转换，并等待其转换结束后，读取其转换的1次结果；而函数adc_get_result_averagr()则是多次调用啊含糊adc_get_result()获取多次ADC的转换结果，然后进行均值滤波。

33.2.3 实验应用代码

本章实验的应用代码，如下所示：

1. int main(void)
   
2. {
   
3.     uint16_t adc_result;
   
4.     uint16_t voltage;
   
5.    
   
6.    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
   
7.    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 配置时钟，72MHz */
   
8.    delay_init(72);                     /* 初始化延时 */
   
9.    usart_init(115200);                 /* 初始化串口 */
   
10.    led_init();                         /* 初始化LED */
    
11.    lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    
12.    adc_init();                         /* 初始化ADC */
    
13.    
    
14.    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    
15.    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "ADCTEST", RED);
    
16.    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
17.    
    
18.    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "ADC2_CH1_VAL:0", BLUE);
    
19.    lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "ADC2_CH1_VOL:0.000V", BLUE);
    
20.    
    
21.     while (1)
    
22.     {
    
23.          /* 均值滤波获取ADC结果 */
    
24.          adc_result = adc_get_result_average(ADC_ADCX_CHY, 10);
    
25.          lcd_show_xnum(134, 110, adc_result, 5, 16, 0, BLUE);
    
26.          
    
27.          /* 计算实际电压值（扩大1000倍） */
    
28.          voltage = (adc_result * 3300) / 4095;
    
29.          lcd_show_xnum(134, 130, voltage / 1000, 1, 16, 0, BLUE);
    
30.          lcd_show_xnum(150, 130, voltage % 1000, 3, 16, 0x80, BLUE);
    
31.          
    
32.          LED0_TOGGLE();
    
33.          
    
34.          delay_ms(100);
    
35.     }
    
36. }

复制代码

从上面的代码中可以看出，在进行完包括ADC的所有初始化工作后，便不断地获取ADC2通道1进行10次转换后经过均值滤波后的结果，并将该原始值显示在LCD上，同时还通过该电压的原始值计算出了电压的模拟量，并在LCD上进行显示。

33.3 下载验证

在完成编译和烧录操作后，可以看到LCD上实时刷新显示着ADC2通道1（PA1引脚）采集到电压的数字量和模拟量，此时可以通过杜邦线给PA1引脚接入不同的电压值（注意共地，且输入电压不能超过3.3V，否则可能损坏开发板），可以看到LCD上显示的电压数字量和模拟量也随之改变。