STM32F4外设配置速查【ADC、DAC部分】

布满荆棘的人生 2022-12-25 02:56 552阅读 0赞

# ADC原理 #

ADC电源要求：**全速**运行时2.4-3.6V **慢速**运行时1.8V 电压输入范围 V R E F − ≤ V I N ≤ V R E F + V\_\{REF-\}\\le V\_\{IN\}\\le V\_\{REF+\} VREF−≤VIN≤VREF\+

规则通道转换期间可产生DMA请求

stm32f40x系列大容量芯片带有3个ADC控制器（3路ADC），都是其中144脚IC因为带PF脚所以多8个通道，共24个外部通道，小于144脚的IC只有16个外部通道

所有ADC均为12位逐次逼近型模拟数字转换器

各通道可以单次（执行一次转换）、连续（ADC结束一个转换后立即启动一个新的转换，多同时DMA）、扫描（扫描所有规则通道和注入通道分别对应的寄存器，为组内每个通道都执行一次转换，转换结束后，会自动转换该组中的下一个通道；若使能了DMA控制寄存器，则会在每次规则通道转换之后均使用DMA控制器将转换自规则通道组的数据传输到SRAM）、中断、间断模式执行

stm32f4的ADC最大转换速率为2.4MHz，即转换时间为1μs（条件：ADCCLK=36MHz，采样周期为3），ADC时钟应小于等于36MHz，否则可能不准

### 规则通道 ###

相当于正常运行的程序，最多16个

数据保存在规则通道寄存器

### 注入通道 ###

相当于中断，最多4个

注入通道的转换可以打断规则通道的转换，在注入通道转换完成后，规则通道才能继续转换

数据保存在注入通道寄存器

# ADC配置 #

注意配置之前需要将**stm32f4xx\_adc.c**添加到FWLIB中

adc.c

#include "adc.h"
 #include "delay.h"
 #include "sys.h"
 
 void ADC_init(void)
 { 
 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 	ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStruct;
 	ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
 	
 	//1. 使能GPIO与ADC1时钟
 	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE,ENABLE);
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
 		
 	//2. 复用PE0为ADC1
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;//PE0
 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽输出
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AN;//模拟输入模式
 	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_NOPULL;//引脚悬空
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;//速度100MHz
 	//应用设置
 	GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);
 	
 	//3. 复位ADC
 	//这里包括了RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE)和RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE)两个函数
 	ADC_DeInit();
 	
 		
 	//4. ADC时钟分频与通用设置
 	ADC_CommonInitStruct.ADC_DMAAccessMode=ADC_DMAAccessMode_Disabled;//不使用DMA
 	ADC_CommonInitStruct.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;//独立模式
 	ADC_CommonInitStruct.ADC_Prescaler=ADC_Prescaler_Div4;//ADC时钟最好小于32MHz，这里采用84/4=21MHz
 	ADC_CommonInitStruct.ADC_TwoSamplingDelay=ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//两个采样阶段之间延迟5个时钟
 	//应用设置
 	ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStruct);
 	
 	//5. 设置ADC1
 	ADC_InitStruct.ADC_Resolution=ADC_Resolution_12b;//12位模式
 	ADC_InitStruct.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;//右对齐
 	ADC_InitStruct.ADC_NbrOfConversion=1;//1个转换在规则序列中<=>只转换规则序列1
 	ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConvEdge=ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//不使用触发检测，使用软件触发
 	ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode=DISABLE;//非扫描（扫描转换）模式
 	ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE;//关闭连续转换
 	//应用设置
 	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStruct);
 	
 	//开启ADC
 	ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
 }
 
 //获取单次ADC值
 //ch表示通道值0~16 即 @ref ADC_channels 
 //返回单次转换结果
 u16 ADC_get_value(u8 ch)
 { 
 	//6. 设置ADC规则通道：(ADC通道,通道值,转换序列,采样时间)
 	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ch,1,ADC_SampleTime_480Cycles);
 	
 	//7. 启用ADC1的软件转换
 	ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
 	
 	//8. 等待转换结束后返回结果
 	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC))
 		return ADC_GetConversionValue(ADC1);//返回最近一次ADC1规则组的转换结果
 }
 
 
 //获取平均ADC值
 //ch表示通道值0~16 即 @ref ADC_channels 
 //ADC_times表示采样次数
 //返回多次转换平均结果
 u16 ADC_get_average(u8 ch,u8 ADC_times)
 { 
 	u32 ADC_temp_value=0;
 	u8 ADC_t;
 	
 //9. 多次平均后取其结果
 	for(ADC_t=0;ADC_t<ADC_times;ADC_t++)
 	{ 
 		ADC_temp_value+=ADC_get_value(ch);
 		delay_ms(2);
 	}
 	return ADC_temp_value/ADC_times;
 }

adc.h

#ifndef __ADC_H
    	#define __ADC_H
    	#include "sys.h"
    
    	void ADC_init(void);//ADC通道初始化
    	u16 ADC_get_value(u8 ch);//获得某个通道值
    	u16 ADC_get_average(u8 ch,u8 times);//获取某通道给定次数采样的平均值
    	
    #endif

main.c

#include "delay.h"
    #include "adc.h"
    #include "lcd.h"
    #include "led.h"
    
    int main(void)
    { 
        u16 ADC_val_x;//读取ADC值
        float temp;//暂存相关值
        
        delay_init(168);
        LED_init();
        ADC_init();
        LCD_init();
        
        while(1)
        { 
            //10. 将平均结果保存
            ADC_val_x=ADC_get_average(ADC_Channel_5,20);//获取PE0读取到的ADC平均值，取20次平均
            LCD_ShowxNum(134,130,ADC_val_x,4,16,0);//显示原始值
            
            //11. 获取计算后带小数的实际值
            temp=(float)ADC_val_x*(3.3/4096);
            ADC_val_x=temp;//将temp的整数部分赋给ADC_val_x
            LCD_ShowxNum(134,150,ADC_val_x,1,16,0);//显示整数部分
            
            temp-=ADC_val_x;//获取小数部分
            temp*=1000;//保留三位小数
            LCD_ShowxNum(150,150,temp,3,16,0x80);//显示小数部分
            
            LED0!=LED0;
            delay_ms(200);
        }
    }

# DAC原理 #

stm32f4配备了独立2通道8位/12位可选数字输入，电压输出型DAC，可通过引脚引入参考电压 V r e f V\_\{ref\} Vref获得更精确的转换结果

*  支持DMA
 *  支持同步更新
 *  集成2个输出缓冲器，可用来降低阻抗并在不增加外部运放的情况下直接驱动外部负载。通过DAC\_CR寄存器中的相应BOFFx位可使能或禁止各DAC通道输出缓冲器；但使能输出缓冲器后输出无法到0

12位模式下，数据可选左对齐（数据写入DAC\_DHR12Rx\[15:4\]位，存入DHRx\[11:0\]位）、右对齐（数据写入DAC\_DHR12Rx\[11:0\]位，存入DHRx\[11:0\]位）

8位模式下，数据只有右对齐（数据写入DAC\_DHR8Rx\[7:0\]位，存入DHRx\[11:4\]位）

<table> 
 <thead> 
 <tr> 
 <th>名称</th> 
 <th>信号类型</th> 
 <th>作用</th> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> V r e f + V_{ref+} Vref+</td> 
 <td>正模拟参考电压输入</td> 
 <td>DAC 高/正参考电压， 1.8 V ≤ V r e f + ≤ V D D A 1.8V \le V_{ref+} \le V_{DDA} 1.8V≤Vref+≤VDDA</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> V D D A V_{DDA} VDDA</td> 
 <td>模拟电源输入</td> 
 <td>模拟电源</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> V S S A V_{SSA} VSSA</td> 
 <td>模拟电源接地输入</td> 
 <td>模拟电源接地</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td>DAC_OUTx</td> 
 <td>模拟输出信号</td> 
 <td>DACx模拟输出</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

注意：使能DAC通道x后，相应GPIO引脚（PA4或PA5）将自动连接到DAC\_OUTx，为避免寄生电流消耗，应首先讲PA4或PA5配置为模拟输入模式（GPIO\_InitStructure.GPIO\_Mode=GPIO\_Mode\_AN）

#### 存在输出延迟 ####

DAC转换时，**未选择硬件触发**，则**经过1个APB时钟周期后**DAC\_DORx值加载到DAC\_DHRx，**选择硬件触发且触发条件到来**，则将在**3个时钟周期后**进行转移。且DAC\_DORx值加载到DAC\_DHRx后模拟输出电压将在一段时间 t S E T T I N G t\_\{SETTING\} tSETTING后可用，具体时间取决于电源电压和模拟输出负载

t S E T T I N G t\_\{SETTING\} tSETTING典型值是3μs，最大值是6μs，导致了DAC存在最大转换速度约为333kHz

#### DAC输出电压计算公式  D A C o u t p u t = V r e f ∗ D A C D O R 4095 DAC\_\{output\}=V\_\{ref\} \* \\frac\{DAC\_\{DOR\}\}\{4095\} DACoutput=Vref∗4095DACDOR ####

4095=212\-1 (12位寄存器最大数值111111111111B==4095D)

# DAC配置 #

注意：使用前要将stm32f4xx\_dac.c加入FWLIB

dac.c

#include "dac.h"
    
    void DAC_1_init(void)
    { 
    	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    	DAC_InitTypeDef DAC_InitStruct;
    	
    	//1. 开启GPIO和DAC时钟
    	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);
    	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC,ENABLE);
    
    	//2. 设置DAC对应GPIO
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4;//PA4
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AN;//模拟输入，在连接到DAC时同时表示模拟输出
    	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_DOWN;//内部下拉
    	//没有GPIO输出，不设置GPIO_OType
    	//直连DAC输出，不设置速度
    	//应用设置
    	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
    
    	//3. 设置DAC
    	DAC_InitStruct.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude=DAC_LFSRUnmask_Bit0;//屏蔽、幅值设置
    	DAC_InitStruct.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable;//关闭输出缓存
    	DAC_InitStruct.DAC_Trigger=DAC_Trigger_None;//不使用硬件触发
    	DAC_InitStruct.DAC_WaveGeneration=DAC_WaveGeneration_None;//不使用波形发生
    	//应用设置
    	DAC_Init(DAC_Channel_1,&DAC_InitStruct);
    	
    	//4. 使能DAC通道1
    	DAC_Cmd(DAC_Channel_1,ENABLE);
    	
    	//5. 以12位右对齐数据格式设置DAC值
    	DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,0);//初始输出电压为0
    }
    
    
    //设置DAC1输出电压值
    //使用整型较为方便，这里u16 voltage=0~3300，代表0-3.3V
    void DAC_1_set_voltage(u16 voltage,float ref)
    { 
    	float V_temp=voltage;//将整型转换为浮点型进行计算
    	V_temp/=1000;//获得要输出的正确电压
    	V_temp=4096*V_temp/ref;//输出电压占4096的V_temp/ref份
    	
    	//6. 设置输出电压值
    	DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,V_temp);//以12位右对齐数据格式设置
    }

dac.h

#ifndef __DAC_H
    	#define __DAC_H
    	#include "sys.h"
    	
    	void DAC_1_init(void);//初始化DAC1
    	void DAC_1_set_voltage(u16 voltage);//设置输出电压值
    	
    #endif

main.c

#include "sys.h"
 #include "delay.h"
 #include "led.h"
 #include "key.h"
 #include "adc.h"
 #include "dac.h"
 
 int main(void)
 { 
 u16 adcx;
 	u16 DAC_val=0;
 	u8 t=0
 	u8 key;
 	
 	float temp;
 	
 	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//中断优先级分组2
 	delay_init(168);
 	LED_init();
 	LCD_init();
 	KEY_init();
 	ADC_init();
 	DAC_1_init();//DAC初始化
 	
 	DAC_1_set_voltage(DAC_Align_12b_R,DAC_val);//设置初始值
 
 while(1)
 { 
 	t++;
 		
 		key=KEY_scan(0);
 	if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下
 		{ 
 			if(DAC_val<4000)
 				DAC_val+=200;//每按一次+0.2V
 			DAC_1_set_voltage(DAC_Align_12b_R,DAC_val);
 		}
 		else if(key==2)
 		{ 
 			if(DAC_val>200)
 				DAC_val-=200;//每按一次-0.2V
 			else
 				DAC_val=0;
 			DAC_1_set_voltage(DAC_Align_12b_R,DAC_val);
 		}
 
 //将 ADC读取到的DAC输出电压V_实 与 用公式计算得到的V_计 比较 即可验证DAC功能，代码略
 }
 }