CKS32F4xx系列

ADC單通道電壓采集

ADC可以將現實世界中連續變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、速度、光強等，轉換成離散的數字量，輸入到計算機中進行處理。按照原理不同，ADC可以分為積分型、逐次逼近型（SAR）、并行比較型、Σ-?調制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。逐次逼近型（SAR）ADC由比較器和DA轉換器構成，它從最高有效MSB位開始通過逐次比較，按順序以位位單位對輸入電壓與內置DA轉換器輸出電壓進行比較，經過多次比較輸出相應的數字值。逐次逼近型（SAR）ADC的電路規模屬于中等，它的優點是速度較快、功耗低、成本適中。

ADC簡介

CKS32F4xx系列產品內嵌3個12位SAR型ADC，每個ADC多達19個復用通道，可測量來自16個外部、2個內部和VBAT通道的信號，具有獨立模式、雙重模式和三種模式，并支持單次、連續、掃描或間斷采樣模式下進行A/D轉換，對于不同AD轉換要求幾乎都有合適的模式可選，轉換的結果可以按照左對齊或右對齊的方式存儲在16位數據寄存器中。下圖是CKS32F4xx系列產品ADC的結構框圖，每個模塊的具體描述和技術參數可以參閱《CKS32F4xx參考手冊》。

ADC主要特性

分辨率支持12位，10位，8位，6位，可軟件配置

支持轉換結束產生中斷、包括規則通道和注入通道

支持單次、連續、間隔轉換模式

可獨立設置各通道采樣時間

規則通道轉換和注入通道轉換均有外部觸發選項，支持軟件或者硬件觸發轉換

支持模擬看門狗

支持雙重或者三重模式（具有2個或以上ADC的器件）

支持雙重或者三重模式下可配置的DMA數據存儲

可配置雙重或者三重交替采樣模式下的轉換延遲時間間隔

ADC供電要求：全速模式下為2.4V到3.6V，低速模式下為1.8V

ADC輸入電壓范圍：Vref-≤Vin≤Vref+

規則通道轉換期間可產生DMA請求

固件庫中與ADC相關的主要API

CKS32F4xx系列固件庫中與ADC相關的API定義在cks32f4xx_adc.h和cks32f4xx_adc.c兩個文件中，前者為頭文件，包含寄存器地址、常量定義、API函數聲明，后者為API的具體實現。CKS32F4xx系列產品最多有3個ADC，編號分別為ADC1、ADC2、ADC3，大多數API的第一個參數為ADC_TypeDef*ADCx，表示操作的ADC實體編號。下表列出了常用的API函數：

實現ADC單通道電壓采集

CKS32F4xx系列的ADC功能繁多，我們設計幾個實驗盡量完整的展示ADC的功能。本次課堂主要介紹比較基礎實用的單通道電壓采集，實現開發板上引腳電壓的采集并通過串口打印至PC端串口調試助手。單通道電壓采集適用AD轉換完成中斷，在中斷服務函數中讀取數據，不使用DMA傳輸，在后期多通道采集實驗中再使用DMA傳輸。相關核心代碼實現如下：

（1）ADC宏定義

// ADC GPIO 宏定義
#define TEMP_ADC_GPIO_PORT GPIOB
#define TEMP_ADC_GPIO_PIN GPIO_Pin_0
#define TEMP_ADC_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
// ADC 序號宏定義
#define TEMP_ADC ADC1
#define TEMP_ADC_CLK RCC_APB2Periph_ADC1
#define TEMP_ADC_CHANNEL ADC_Channel_8
// ADC 中斷宏定義
#define Temp_ADC_IRQ ADC_IRQn
#define Temp_ADC_INT_FUNCTION ADC_IRQHandler

（2）ADC GPIO初始化

static void Temp_ADC_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(TEMP_ADC_GPIO_CLK, ENABLE);// 使能 GPIO 時鐘
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TEMP_ADC_GPIO_PIN;  // 配置 IO
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;    // 配置為模擬輸入
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;  //不上拉不下拉
GPIO_Init(TEMP_ADC_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}

使用到GPIO時候都必須開啟對應的GPIO時鐘，GPIO用于AD轉換功能必須配置為模擬輸入模式。

（3）配置ADC工作模式

static void Temp_ADC_Mode_Config(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(TEMP_ADC_CLK , ENABLE);     // 開啟ADC時鐘
 
// -------------------ADC Common 結構體 參數 初始化------------------------
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; // 獨立ADC模式
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;// 時鐘為fpclk x分頻
ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;// 禁止DMA直接訪問模式
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_20Cycles;   // 采樣時間間隔 ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);


// -------------------ADC Init 結構體 參數 初始化--------------------------
ADC_StructInit(&ADC_InitStructure);
ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b; // ADC 分辨率
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; // 禁止掃描模式，多通道采集才需要
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;  // 連續轉換
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//禁止外部邊沿觸發
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1; //外部觸發通道，本例子使用軟件觸發，此值隨便賦值即可
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //數據右對齊
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;         //轉換通道 1個                      
ADC_Init(TEMP_ADC, &ADC_InitStructure);


// 配置 ADC 通道轉換順序為1，第一個轉換，采樣時間為3個時鐘周期
ADC_RegularChannelConfig(TEMP_ADC, TEMP_ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_56Cycles);
// ADC 轉換結束產生中斷，在中斷服務程序中讀取轉換值
ADC_ITConfig(TEMP_ADC, ADC_IT_EOC, ENABLE);
ADC_Cmd(TEMP_ADC, ENABLE);  // 使能ADC
ADC_SoftwareStartConv(TEMP_ADC);//開始ADC轉換，軟件觸發
}

首先，使用ADC_InitTypeDef和ADC_CommonInitTypeDef結構體分別定義一個ADC初始化和ADC通用類型變量。調用RCC_APB2PeriphClockCmd()開啟ADC時鐘。接下來使用ADC_CommonInitTypeDef結構體變量ADC_CommonInitStructure來配置ADC為獨立模式、分頻系數為2、不需要設置DMA模式、20個周期的采樣延遲，并調用ADC_CommonInit函數完成ADC通用工作環境配置。我們使用ADC_InitTypeDef結構體變量ADC_InitStructure來配置ADC1為12位分辨率、單通道采集不需要掃描、啟動連續轉換、使用內部軟件觸發無需外部觸發事件、使用右對齊數據格式轉換通道為1，并調用ADC_Init函數完成ADC1工作環境配置。

ADC_RegularChannelConfifig函數用來綁定ADC通道轉換順序和時間。它接收4個形參，第一個形參選擇ADC外設，可為ADC1、ADC2或ADC3；第二個形參通道選擇，總共可選18個通道；第三個形參為轉換順序，可選為1到16；第四個形參為采樣周期選擇，采樣周期越短，ADC轉換數據輸出周期就越短但數據精度也越低，采樣周期越長，ADC轉換數據輸出周期就越長同時數據精度越高。PC3對應ADC通道ADC_Channel_13，這里我們選擇ADC_SampleTime_56Cycles即56周期的采樣時間。

利用ADC轉換完成中斷可以非常方便的保證我們讀取到的數據是轉換完成后的數據而不用擔心該數據可能是ADC正在轉換時“不穩定”數據。我們使用ADC_ITConfifig函數使能ADC轉換完成中斷，并在中斷服務函數中讀取轉換結果數據。ADC_Cmd函數控制ADC轉換啟動和停止。

最后使用軟件觸發調用ADC_SoftwareStartConvCmd函數進行使能配置。

（4）在Temp_ADC_NVIC_Config函數中配置ADC轉換完成中斷的優先級分組和優先級。

static void Temp_ADC_NVIC_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); // 配置優先級分組
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = Temp_ADC_IRQ;  // 配置中斷優先級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

（5）ADC中斷服務程序

void ADC_IRQHandler(void)
{
if(ADC_GetITStatus(TEMP_ADC,ADC_IT_EOC)==SET)
{
ADC_ConvertedValue = ADC_GetConversionValue(TEMP_ADC);  // 讀取ADC的轉換值
}
ADC_ClearITPendingBit(TEMP_ADC,ADC_IT_EOC);
}

中斷服務函數一般定義在cks32f4xx_it.c文件內，我們使能了ADC轉換完成中斷，因此在ADC轉換完成后就會進入中斷服務函數，在中斷服務函數內直接讀取ADC轉換結果保存在變量ADC_ConvertedValue(在main.c中定義)中。ADC_GetConversionValue函數是獲取ADC轉換結果值的庫函數，只有一個形參為ADC外設，可選為ADC1、ADC2或ADC3，該函數返回一個16位的ADC轉換結果值。

（6）Main程序

int main(void)
{
Debug_USART_Config(); //初始化USART1
Temp_Init();
while(1)
{
   ADC_Vol =(float) ADC_ConvertedValue/4096*(float)3.3; // 讀取轉換的AD值
printf("
 The current AD value = %f V 
",ADC_Vol);     
Delay(0xffffee);  
}
}

主函數先配置調試串口相關參數，接下來調用Temp_Init函數進行ADC初始化配置并啟動ADC。在ADC中斷服務函數中把AD轉換結果保存在變量ADC_ConvertedValue中，可以計算出對應的IO口電壓值，最后把相關數據打印至串口調試助手。

審核編輯：湯梓紅