STM32學習筆記 | ADC采集數據常見問題

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ADC，Analog-to-Digital Converter（模數轉換器），其應用非常廣泛，比如溫度、濕度、壓力、聲音等傳感器領域。

ADC的類型很多，STM32內部集成的ADC為逐次逼近型。STM32雖然是通用MCU芯片，但它內部集成的ADC也非常出色，不比一些專用ADC芯片差。

STM32內部集成的ADC與型號有關，有16位、12位ADC，內部集成ADC多達4個，通道數多達40個，甚至更多。

1. ADC分辨率

分辨率決定了ADC的轉換精度，按理說分辨率越高越好，但價格更貴。

STM32內部集成的ADC最高16位，2的16次方，即65536的分辨率。只有少數STM32才集成16位分辨率的ADC，絕大部分支持12位。

當然，有時出于提高轉換速率的考慮，可以軟件配置成10 位、 8 位或 6 位的分辨率。

2. ADC采樣率

采樣率指每秒進行AD轉換的次數，STM32的采樣率由ADCK時鐘，以及分頻比決定。

不同型號的STM32，其ADCCLK時鐘也有差異，具體可參看芯片對應的手冊。

3. ADC通道

STM32的每個ADC有數條復用模擬輸入通道，具體通道數因不同系列及型號而異。片內溫度傳感器、內部參考電壓、VBAT還可以與內部模擬通道相連，便于測量和使用。

4. ADC數據對齊

STM32的AD轉換后存儲數據的對齊方式可通過軟件配置成左對齊、右對齊。比如規則組12位分辨率左右對齊如下：

這里數據對齊還與規則組/注入組、分辨率等有關。

5.ADC觸發方式

STM32觸發ADC轉換的方式有很多種，軟件觸發、外部事件（如定時器事件、 EXTI 中斷事件）觸發轉換。

外部事件觸發還分為上升沿和下降沿觸發：

STM32 ADC基礎內容及配置參數比較多，更多細節請查閱芯片對應的參考手冊。

STM32 ADC配置的參數相對較多，只要理解了ADC的基礎內容，再結合STM32CubeMX或官方提供的例程，使用ADC就較容易了。

比如：最基礎的單通道配置（默認配置）：

1.STM32CubeMX

2.標準外設庫

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1;ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_3Cycles);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

這里結合STM32F4，STM32CubeMX和標準外設庫描述了最基礎的參數配置。

STM32CubeMX圖形化工具配置起來很簡單，但前提需要理解各參數的含義。

每項獨立的參數其實不難理解，難在各項參數復合使用，比如：多通道、外部事件定時器觸發、DMA等。

STM32內部集成ADC是一個常用的模塊，單通道簡單采集電壓比較容易，但多通道、高頻次等一些特殊情況下，對軟件和硬件的要求更高。

問題一：參考電壓電阻問題

?STM32部分型號芯片具有VREF+、 VREF-參考電壓引腳。而且，參考電壓必須低于VDDA電壓。

?

實際應用存在 VREF+ 與 VDDA 之間通過電阻（比如10K）連接的情況，這樣就會因電阻分壓導致測量值存在偏差。

解決辦法：VREF+ 與 VDDA通過0Ω電阻連接，同樣，VREF- 與 VDDS也要通過0歐電阻連接。

問題二：輸入引腳浮空問題

有工程師會會習慣性在外部信號和STM32引腳間加一個二極管。

如果外部電壓為0時，在STM32引腳處的狀態即為浮空狀態，讀取出來的電壓就是一個不確定值（通常為1/2VDD電壓）。

解決辦法：去掉二極管，同時增加外圍抗干擾電路。

問題三：多通道序列采集問題

在多通道采集時，采集電壓都為序列中第一個的電壓，通常是因為未理解規則組序列轉換，因軟件配置不對導致的問題。

解決辦法：首先要使能掃描模式，再次要正確配置規則組序列。（同樣的問題在使用DMA情況下也容易出現，需要正確理解連續轉換這些細節問題）。

問題四：通道間串擾問題

使用 ADC 常規通道的掃描模式采集多路模擬信號時，可能存在各路信號轉換相同結果的情況（實際各路電壓不同）。

問題原因是相鄰通道之間透過采樣電容Cs發生了藕合。

當 ADC 的采樣電容在兩個通道之間進行切換時，電路類似如下圖：

解決辦法：增大 ADC 相鄰兩個通道采樣之間的延時：ADC_TwoSamplingDelay.

問題五：采樣時間與外部輸入阻抗不匹配

在做AD轉換時，我們需考慮信號輸入電路的阻抗，整體上，該阻值越大，為保證轉換精度，所需采樣時間就越長，STM32芯片可編程的采樣時間是有限的，顯然這個外部輸入阻抗也是有上限的。關于這點，在STM32芯片數據手冊里有關ADC特性的章節有詳細解釋，可以閱讀。

解決辦法：根據實際輸入阻抗和具體應用來配置合適的采樣時間。

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