STM32F103ZET6的ADC高级应用


参考资源链接：[STM32F103ZET6原理图](https://wenku.csdn.net/doc/646c29ead12cbe7ec3e3a640?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32F103ZET6的ADC概述

## 1.1 ADC简介
STM32F103ZET6微控制器是ST公司生产的高性能ARM Cortex-M3系列MCU，它包含了一个12位逐次逼近型模拟数字转换器（ADC）。ADC是将模拟信号转换成数字信号的接口，广泛应用于需要将传感器的模拟信号转换为数字信号的场景中。

## 1.2 ADC的应用重要性
在嵌入式系统中，数据采集是常见需求之一。传感器提供的许多物理量（如温度、压力、光线强度）都是模拟量。利用STM32F103ZET6的ADC模块可以将这些模拟信号转换成处理器可以处理的数字信号，实现数据的有效处理和控制。

## 1.3 本章目标
本章节旨在为读者提供STM32F103ZET6 ADC模块的初步了解，包括它的基本功能和主要特性，为后续章节的详细技术分析和应用实践打下基础。

--- 下一章内容预告 ---
进入第二章，我们将深入探讨STM32F103ZET6 ADC的理论基础，揭开其工作原理和硬件架构的神秘面纱。我们将了解如何配置ADC的各种参数，以及如何利用其高级特性来优化我们的应用。

# 2. STM32F103ZET6 ADC的理论基础

## 2.1 ADC的原理和架构

### 2.1.1 ADC的工作原理

在微控制器领域，模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）是将模拟信号转换为数字信号的关键组件。STM32F103ZET6的ADC工作原理是基于逐次逼近法（Successive Approximation Register, SAR），这种转换方法通过一个控制器逐步逼近模拟信号的数字值。初始化时，寄存器被清零，然后在每个时钟周期，寄存器的最高位被设置为1，其他位保持为0。ADC比较模拟输入和寄存器的数字输出，若输入信号高于寄存器输出，则最高位保持，否则清零。此过程反复迭代直到寄存器的每一位都被测试过。完成全部位的测试后，寄存器中存储的数字值即为转换后的结果。

### 2.1.2 STM32F103ZET6 ADC的硬件架构

STM32F103ZET6的ADC硬件架构设计精巧，包括了多个独立的模拟至数字转换器，提供了灵活的配置选项以适应不同的应用需求。该微控制器的ADC核心包含了一个转换器核心模块以及多个通道。这些通道可以单独配置为不同的输入源，从而实现对多个不同信号的同时采样。通过内置的采样与保持电路和逐次逼近寄存器，STM32F103ZET6的ADC实现了快速、精确的转换。

## 2.2 ADC的配置参数

### 2.2.1 采样时间控制

在STM32F103ZET6中，采样时间是指ADC在转换开始之前所进行的模拟信号采样持续的时钟周期数。合理配置采样时间是确保准确模拟信号采集的关键因素之一。如果采样时间过短，那么模拟信号电平可能没有充分稳定，转换结果可能出现误差。相反，过长的采样时间会导致效率降低，尤其是在需要快速采集多个信号的情况下。STM32F103ZET6允许开发者通过软件配置采样时间，以便根据实际应用需求和信号特性进行调整。

### 2.2.2 分辨率和数据对齐

STM32F103ZET6 ADC提供了不同分辨率的选项，支持12位、10位和8位的转换精度。分辨率越高，转换的数字结果越精细，但相应的转换时间和所需的数据处理资源也会增加。开发者需要根据应用的具体需求在分辨率和性能之间做出权衡。此外，STM32F103ZET6还提供了左对齐和右对齐的数据格式选项，允许用户根据软件架构的偏好选择合适的数据表示形式。

### 2.2.3 触发源和中断管理

为了实现对ADC操作的精细控制，STM32F103ZET6支持多种触发源，包括软件触发、定时器触发、外部事件触发等。软件触发使得开发者可以通过编程直接启动ADC转换过程。定时器触发为周期性采样提供了便利，而外部事件触发则可用于响应外部信号的变化，如按键按下或传感器输出改变。为了有效管理ADC转换事件，STM32F103ZET6还提供了中断管理功能，允许开发者定义ADC转换完成后的中断处理程序，优化程序结构和提高数据处理的实时性。

## 2.3 ADC的高级特性

### 2.3.1 多通道扫描模式

多通道扫描模式是STM32F103ZET6 ADC的一个重要特性，它允许同时或顺序扫描多个通道。这种模式特别适用于需要测量多个信号输入的应用，如多点温度检测或信号监测系统。用户可以配置扫描序列，选择哪些通道被包含在内以及它们的扫描顺序。通过软件配置，可以实现高效和灵活的多通道数据采集。

### 2.3.2 温度传感器和内部参考电压

除了外部信号输入，STM32F103ZET6的ADC还集成了一个温度传感器和一个内部参考电压源。内部参考电压提供了一个稳定的电压基准，保证了ADC转换的准确性不受外部电源波动的影响。温度传感器则为系统提供了实时温度监控的能力，通过将温度传感器的输出作为ADC的一个输入通道，可以轻松实现对系统内部温度的测量。开发者可以利用这些特性来执行系统级的校准和监控任务。

### 2.3.3 DMA数据传输和高速模式

直接内存访问（DMA）是一种无需CPU干预即可在内存和外设之间传输数据的机制。STM32F103ZET6的ADC支持DMA传输，允许在完成ADC转换后，直接将数据传输到指定的内存区域，而无需CPU介入。这一特性大幅提高了数据处理的效率，尤其是在需要处理大量数据的应用中。此外，STM32F103ZET6还支持高速模式，使得ADC在不牺牲精度的情况下，可以达到更高的转换速率，这对于需要高速数据采集的应用来说非常有用。

# 3. STM32F103ZET6 ADC的实践应用

在掌握STM32F103ZET6 ADC的理论知识之后，本章将聚焦于如何将这些理论知识应用于实践，通过具体的代码示例和步骤说明，展示如何将STM32的ADC模块运用到日常的嵌入式开发中。

## 3.1 简单模拟信号采集

### 3.1.1 ADC初始化和基本配置

在开始信号采集之前，首先要进行ADC的初始化和基本配置。这包括设置ADC的工作模式、分辨率、数据对齐方式以及选择合适的采样时间。以下是初始化代码示例及其详细解释：

#include "stm32f10x.h"

void ADC_Configuration(void)
{
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    // 1. 使能ADC和GPIO时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    // 2. 配置PC0为模拟输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

    // 3. 配置ADC1
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;  // 单通道模式
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; // 连续转换模式
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    // 4. 设置ADC1的采样时间
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

    // 5. 使能ADC1
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

    // 6. 初始化ADC校准
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}

int main(void)
{
    ADC_Configuration(); // 初始化ADC配置
    while (1)
    {
        // 这里可以添加采样代码
    }
}

在上述代码中，我们首先使能了ADC1和PC0端口的时钟，然后将PC0配置为模拟输入。接下来，我们对ADC1进行了基本的配置，包括工作模式、扫描模式、连续转换模式、外部触发转换源、数据对齐方式和通道数量。然后，我们设置了ADC1的采样时间，并使能了ADC1。最后，我们初始化了ADC的校准。

### 3.1.2 读取ADC值并转换为电压

在初始化之后，我们可以开始读取ADC值，并将其转换为电压值。以下是读取ADC值并进行转换的代码示例：

uint16_t Read_ADC_Value(void)
{
    // 开始转换
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
    // 等待转换完成
    while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);
    // 读取ADC转换结果
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

float Convert_To_Voltage(uint16_t adcValue)
{
    // 假设参考电压为3.3V，12位ADC
    float voltage = (adcValue * 3.3f) / 4095.0f;
    return voltage;
}

int main(void)
{
    ADC_Configuration(); // 初始化ADC配置
    while (1)
    {
        uint16_t adcValue = Read_ADC_Value(); // 读取ADC值
        float voltage = Convert_To_Voltage(adcValue); // 转换为电压
        // 可以在这里处理电压值
    }
}

在这段代码中，我们首先通过`ADC_SoftwareStartConvCmd`函数开始ADC的转换，然后等待直到转换完成。完成后，我们使用`ADC_GetConversionValue`函数读取ADC的转换结果。接着，我们编写了一个简单的函数`Convert_To_Voltage`将ADC值转换为电压值。这里假设STM32F103ZET6的参考电压为3.3V，且ADC是12位的。

## 3.2 多通道数据采集系统

### 3.2.1 配置多通道扫描模式

多通道数据采集