STM32学习笔记 | ADC采集数据常见问题

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ADC，Analog-to-Digital Converter（模数转换器），其应用非常广泛，比如温度、湿度、压力、声音等传感器领域。

ADC的类型很多，STM32内部集成的ADC为逐次逼近型。STM32虽然是通用MCU芯片，但它内部集成的ADC也非常出色，不比一些专用ADC芯片差。

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STM32 ADC 基础内容

STM32内部集成的ADC与型号有关，有16位、12位ADC，内部集成ADC多达4个，通道数多达40个，甚至更多。

1. ADC分辨率

分辨率决定了ADC的转换精度，按理说分辨率越高越好，但价格更贵。

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

当然，有时出于提高转换速率的考虑，可以软件配置成10 位、 8 位或 6 位的分辨率。

2. ADC采样率

采样率指每秒进行AD转换的次数，STM32的采样率由ADCK时钟，以及分频比决定。

不同型号的STM32，其ADCCLK时钟也有差异，具体可参看芯片对应的手册。

3. ADC通道

STM32的每个ADC有数条复用模拟输入通道，具体通道数因不同系列及型号而异。片内温度传感器、内部参考电压、VBAT还可以与内部模拟通道相连，便于测量和使用。

4. ADC数据对齐

STM32的AD转换后存储数据的对齐方式可通过软件配置成左对齐、右对齐。比如规则组12位分辨率左右对齐如下：

这里数据对齐还与规则组/注入组、分辨率等有关。

5.ADC触发方式

STM32触发ADC转换的方式有很多种，软件触发、外部事件（如定时器事件、 EXTI 中断事件）触发转换。

外部事件触发还分为上升沿和下降沿触发：

STM32 ADC基础内容及配置参数比较多，更多细节请查阅芯片对应的参考手册。

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STM32 ADC 参数配置

STM32 ADC配置的参数相对较多，只要理解了ADC的基础内容，再结合STM32CubeMX或官方提供的例程，使用ADC就较容易了。

比如：最基础的单通道配置（默认配置）：

1.STM32CubeMX

2.标准外设库

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);

这里结合STM32F4，STM32CubeMX和标准外设库描述了最基础的参数配置。

STM32CubeMX图形化工具配置起来很简单，但前提需要理解各参数的含义。

每项独立的参数其实不难理解，难在各项参数复合使用，比如：多通道、外部事件定时器触发、DMA等。

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STM32 ADC 常见问题

STM32内部集成ADC是一个常用的模块，单通道简单采集电压比较容易，但多通道、高频次等一些特殊情况下，对软件和硬件的要求更高。

问题一：参考电压电阻问题

‍STM32部分型号芯片具有VREF+、 VREF-参考电压引脚。而且，参考电压必须低于VDDA电压。

实际应用存在 VREF+ 与 VDDA 之间通过电阻（比如10K）连接的情况，这样就会因电阻分压导致测量值存在偏差。

解决办法：VREF+ 与 VDDA通过0Ω电阻连接，同样，VREF- 与 VDDS也要通过0欧电阻连接。

问题二：输入引脚浮空问题

有工程师会会习惯性在外部信号和STM32引脚间加一个二极管。

如果外部电压为0时，在STM32引脚处的状态即为浮空状态，读取出来的电压就是一个不确定值（通常为1/2VDD电压）。

解决办法：去掉二极管，同时增加外围抗干扰电路。

问题三：多通道序列采集问题

在多通道采集时，采集电压都为序列中第一个的电压，通常是因为未理解规则组序列转换，因软件配置不对导致的问题。

解决办法：首先要使能扫描模式，再次要正确配置规则组序列。（同样的问题在使用DMA情况下也容易出现，需要正确理解连续转换这些细节问题）。

问题四：通道间串扰问题

使用 ADC 常规通道的扫描模式采集多路模拟信号时，可能存在各路信号转换相同结果的情况（实际各路电压不同）。

问题原因是相邻通道之间透过采样电容Cs发生了藕合。

当 ADC 的采样电容在两个通道之间进行切换时，电路类似如下图：

解决办法：增大 ADC 相邻两个通道采样之间的延时：ADC_TwoSamplingDelay.

问题五：采样时间与外部输入阻抗不匹配

在做AD转换时，我们需考虑信号输入电路的阻抗，整体上，该阻值越大，为保证转换精度，所需采样时间就越长，STM32芯片可编程的采样时间是有限的，显然这个外部输入阻抗也是有上限的。关于这点，在STM32芯片数据手册里有关ADC特性的章节有详细解释，可以阅读。

解决办法：根据实际输入阻抗和具体应用来配置合适的采样时间。

复盘一下

▼ADC 基础内容：分辨率、采样率、通道、数据对齐、触发方式；▼ADC 参数配置：结合STM32CubeMX工具或者例程配置参数；▼ADC 常见问题：参考电压电阻问题、输入引脚浮空问题、多通道序列采集问题、通道间串扰问题；

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