STM32单片机ADC采样技术:揭秘模拟信号数字化

发布时间: 2024-07-04 07:28:54 阅读量: 112 订阅数: 66
![STM32单片机ADC采样技术:揭秘模拟信号数字化](https://img-blog.csdnimg.cn/d60a4bd1391f4cec93c761196a3afe6f.png) # 1. STM32单片机ADC概述** STM32单片机内置模拟数字转换器(ADC),可将模拟信号(如电压、电流)转换为数字信号。ADC广泛用于测量传感器数据、控制闭环系统和数据采集。 STM32 ADC具有高精度、高采样率和低功耗的特点。它支持多种采样模式和通道配置,可满足各种应用需求。通过配置ADC寄存器,可以设置采样率、分辨率和触发源等参数。 # 2. ADC采样理论 ### 2.1 模数转换原理 #### 2.1.1 量化和采样 模数转换器(ADC)将模拟信号(连续的电压或电流)转换为数字信号(离散的电压或电流)。转换过程涉及两个关键步骤:量化和采样。 **量化**将模拟信号的连续范围离散化为有限数量的离散值。ADC使用一组电压参考来定义这些离散值,将模拟信号映射到最近的离散值。 **采样**是将模拟信号在时间上离散化的过程。ADC以固定的采样率对模拟信号进行采样,即每秒采样的次数。采样率决定了ADC可以捕获信号变化的频率范围。 #### 2.1.2 采样率和分辨率 **采样率**是ADC每秒采样的次数,单位为赫兹(Hz)。采样率越高,ADC可以捕获的信号频率范围就越大。然而,更高的采样率也需要更高的处理能力和存储空间。 **分辨率**是ADC可以区分的最小电压或电流变化,单位为位。分辨率越高,ADC可以捕获的信号细节就越多。分辨率通常以位数表示,例如 12 位或 16 位。 ### 2.2 ADC架构和类型 #### 2.2.1 SAR ADC 逐次逼近寄存器(SAR)ADC是一种广泛使用的ADC架构,因为它具有高分辨率和相对较低的成本。SAR ADC通过逐次比较模拟信号与内部电压参考来确定数字输出。 **工作原理:** 1. ADC将模拟信号与内部电压参考比较。 2. 如果模拟信号大于参考,则将最高有效位(MSB)设置为 1;否则设置为 0。 3. ADC将参考电压除以 2,并重复比较过程,将下一个有效位(LSB)设置为 1 或 0。 4. 此过程持续进行,直到达到所需的位数分辨率。 #### 2.2.2 Σ-Δ ADC Σ-Δ ADC(又称过采样ADC)是一种高分辨率、低噪声的ADC架构。它使用过采样和数字滤波来提高分辨率。 **工作原理:** 1. ADC以远高于信号频率的速率对模拟信号进行过采样。 2. 过采样信号通过数字滤波器,滤除噪声和失真。 3. 滤波后的信号被下采样,以获得所需的采样率和分辨率。 **代码块:** ```c #define ADC_RESOLUTION 12 // ADC初始化和配置 void adc_init(void) { // 设置采样率为 1000 Hz ADC->CR1 |= ADC_CR1_ADCSEL_0; ADC->CR1 |= ADC_CR1_ADCSEL_1; ADC->CR1 |= ADC_CR1_ADCSEL_2; // 设置分辨率为 12 位 ADC->CR1 |= ADC_CR1_RES_0; ADC->CR1 |= ADC_CR1_RES_1; ADC->CR1 |= ADC_CR1_RES_2; // 启用 ADC ADC->CR2 |= ADC_CR2_ADON; } // ADC采样和数据处理 uint16_t adc_sample(void) { // 启动 ADC 转换 ADC->CR2 |= ADC_CR2_SWSTART; // 等待转换完成 while (!(ADC->SR & ADC_SR_EOC)); // 读取转换结果 return ADC->DR; } ``` **逻辑分析:** * `adc_init()`函数初始化ADC,设置采样率为 1000 Hz,分辨率为 12 位。 * `adc_sample()`函数启动ADC转换,等待转换完成,然后读取转换结果。 **参数说明:** * `ADC_RESOLUTION`:ADC分辨率,以位数表示。 * `ADC->CR1`:ADC控制寄存器 1,用于设置采样率和分辨率。 * `ADC->CR2`:ADC控制寄存器 2,用于启动转换和启用ADC。 * `ADC->SR`:ADC状态寄存器,用于检查转换是否完成。 * `ADC->DR`:ADC数据寄存器,用于读取转换结果。 # 3. STM32 ADC硬件配置 ### 3.1 ADC寄存器和配置 STM32 ADC的配置主要通过寄存器来实现。其中,两个关键寄存器是ADC_CR1和ADC_CR2。 #### 3.1.1 ADC_CR1寄存器 ADC_CR1寄存器控制ADC的基本配置,包括采样模式、时钟源、触发源等。 | 字段 | 描述 | |---|---| | ADCAL | ADC校准 | | SCAN | 扫描模式 | | CONT | 连续转换模式 | | AWDCH | 模拟看门狗通道 | | AWDIE | 模拟看门狗中断使能 | | EOCIE | 转换完成中断使能 | | AWDEN | 模拟看门狗使能 | | DISCEN | 离散模式使能 | |
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硬件工程师
广州大学计算机硕士,硬件开发资深技术专家,拥有超过10多年的工作经验。曾就职于全球知名的大型科技公司,担任硬件工程师一职。任职期间负责产品的整体架构设计、电路设计、原型制作和测试验证工作。对硬件开发领域有着深入的理解和独到的见解。
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