• 学习STM32F407 的 ADC（Analog-to-digital converters，模数转换器）功能。

• ADC 应用于电机控制的多个方面，例如：电源电压采集、电机电流采集、驱动板温度采集等。

ADC 简介

• ADC 即模拟数字转换器，英文详称 Analog-to-digital converter，可以将外部的模拟信号转换为数字信号。
• STM32F407IGT6 芯片拥有 3 个 ADC，都可以独立工作，其中 ADC1 和 ADC2 还可以组成双重模式（提高采样率）。这些 ADC 都是 12 位逐次逼近型的模拟数字转换器，有 19 个通道，可测量 16 个外部信号源、2 个内部信号源和 Vbat 通道的信号。ADC 中的各个通道的 A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC 的结果可以以左对齐或者右对齐存储在 16位数据寄存器中。

STM32F407 的 ADC 主要特性：

• 12 位分辨率
• 转换结束、注入转换结束和发生模拟看门狗事件时产生中断
• 单次和连续转换模式
• 自校准
• 带内嵌数据一致性的数据对齐
• 采样间隔可以按通道分别编程
• 规则转换和注入转换均有外部触发选项
• 间断模式
• 双重模式（带 2 个或以上 ADC 的器件）
• ADC 供电要求：2.4V 到 3.6V
• ADC 输入范围：VREF– ≤ VIN ≤ VREF+
• 规则通道转换期间有 DMA 请求产生

ADC 的框图

① 输入电压

ADC 的主要特性也对输入电压，ADC 输入范围 VREF–≤VIN≤VREF+，由 VREF–、VREF+、VDDA和VSSA决定的。

VDDA和 VREF+接 VCC3.3，而 VSSA 和 VREF-是接地，所以 ADC 的输入范围即 0~3.3V。

② 输入通道

外部通道对应的是上图中的 ADCx_IN0、ADCx_IN1…ADCx_IN15。ADC1 的通道 16 就是内部通道，连接到芯片内部的温度传感器，通道 17 连接到 Vrefint，通道 18 连接到 VBAT，而 ADC2和 ADC3 的通道 16~18 都是连接到内部的 VSS。

③ 转换顺序

当 ADC 的多个通道以任意顺序进行转换就诞生了成组转换,两种成组转换类型：规则组和注入组。规则组就是图中的规则通道，注入组就是图中的注入通道。

• 规则组（规则通道）：规则组，按字面理解，“规则”就是按照一定的顺序，相当于正常运行的程序
• 注入组（注入通道）：当程序执行的时候，中断是可以打断程序的执行

规则序列

规则组最多允许 16 个输入通道进行转换，那么就需要设置通道转换的顺序，即规则序列。规则序列寄存器有 3 个，分别为 SQR1、SQR2 和 SQR3。SQR3 控制规则序列中的第 1 个到第6 个转换；SQR2 控制规则序列中第 7 个到第 12 个转换；SQR1 控制规则序列中第 13 个到第16 个转换。

当我们想设置 ADC 的某个输入通道在规则序列的第 1 个转换，只需要把相应的输入通道号的值写入 SQR3 寄存器中的 SQ1[4:0]位即可。如果还想让输入通道 8 在第 2 个转换，那么就可以把 8 这个数值写入 SQ2[4:0]位。最后还要设置你的这个规则序列的输入通道个数，只需把输入通道个数写入 SQR1 的 SQL[3:0]位。

注入序列

注入序列，跟规则序列差不多，决定的是注入组的顺序。注入组最大允许 4 个通道输入，它的注入序列由 JSQR 寄存器配置。

如果 JL[ 1 : 0 ]位的值小于 3，即设置注入序列要转换的通道个数小于 4，则注入序列的转换顺序是从 JSQx[ 4 : 0 ]（x=4-JL[1:0]）开始。例如：JL [ 1 : 0 ]=10、JSQ4 [ 4 : 0 ]= 00100、JSQ3 [ 4 : 0 ]= 00011、JSQ2 [ 4 : 0 ]= 00111、JSQ1 [ 4 : 0 ]= 00010，意味着这个注入序列的转换顺序是：7、3、4，而不是 2、7、3。如果 JL[ 1 : 0 ]=00，那么转换顺序是从 JSQ4 [ 4 : 0 ]开始。

④ 触发源

ADC 的触发转换有两种方法：分别是通过 ADON 位或外部事件触发转换。

ADON 位触发转换

当 ADC_CR2 寄存器的 ADON 位为 1 时，再独立给 ADON 位写 1（其它位不能一起改变，这是为了防止误触发），这时会启动转换。这种控制 ADC 启动转换的方式非常简单。

外部触发转换

通过外部事件触发转换，如定时器捕获、EXTI 线和软件触发，可以分为规则组外部触发和注入组外部触发。

⑤ 转换时间

ADC 的输入时钟是由 APB2 经过分频产生，分频系数是由 RCC_CFGR 寄存器中的PPRE2[2:0]进行设置的，可选择 2/4/6/8/16 分频。需要注意的是，STM32F407 的 ADC 的输入时钟频率最大值是 36MHz，如果超过这个值将会导致 ADC 的转换结果准确度下降。

⑥数据寄存器

ADC 转换完成后的数据输出寄存器。根据转换组的不同，规则组的完成转换的数据输出到 ADC_DR 寄存器，注入组的完成转换的数据输出到 ADC_JDRx 寄存器。假如是使用双重或三重模式，规则组的数据会存放在 ADC_CDR 寄存器。

⑦ 中断

ADC 中断可分为三种：规则组转换结束中断、注入组转换结束中断、设置了模拟看门狗状态位中断。它们都有独立的中断使能位，分别由 ADC_CR 寄存器的 EOCIE、JEOCIE、AWDIE位设置，对应的标志位分别是 EOC、JEOC、AWD。

模拟看门狗中断

模拟看门狗中断发生条件：首先通过 ADC_LTR 和 ADC_HTR 寄存器设置低阈值和高阈值，然后开启了模拟看门狗中断后，当被 ADC 转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时，就会产生中断。例如我们设置高阈值是 3.0V，那么模拟电压超过 3.0V 的时候，就会产生模拟看门狗中断，低阈值的情况类似。

DMA请求

规则组和注入组的转换结束后，除了产生中断外，还可以产生 DMA 请求，把转换好的数据存储在内存里面，防止读取不及时数据被覆盖。

⑧ 单次转换模式和连续转换模式

单次转换模式

• 通过将 ADC_CR2 寄存器的 CONT 位置 0 选择单次转换模式。该模式下，ADC 只执行一次转换，由 ADC_CR2 寄存器的 ADON 位启动（只适用于规则组），也可以通过外部触发启动（适用于规则组或注入组）。
• 如果规则组的一个输入通道被转换，那么转换的数据被储存在 16 位 ADC_DR 寄存器中、EOC（转换结束）标志位被置 1、如果设置了 EOCIE 位，则产生中断，然后 ADC 停止。如果注入组的一个输入通道被转换，那么转换的数据被储存在 16 位 ADC_DRJx 寄存器中、JEOC（转换结束）标志位被置 1、如果设置了 JEOCIE 位，则产生中断，然后 ADC 停止。

连续转换模式

通过将 ADC_CR2 寄存器的 CONT 位置 1 选择连续转换模式。该模式下，ADC 完成上一个通道的转换后会马上自动地启动下一个通道的转换，由ADC_CR2寄存器的ADON位启动，也可以通过外部触发启动。如果规则组的一个输入通道被转换，那么转换的数据被储存在 16 位 ADC_DR 寄存器中、EOC（转换结束）标志位被置 1、如果设置了 EOCIE 位，则产生中断。如果注入组的一个输入通道被转换，那么转换的数据被储存在 16 位 ADC_DRJx 寄存器中、JEOC（转换结束）标志位被置 1、如果设置了 JEOCIE 位，则产生中断。

⑨ 扫描模式

扫描模式在框图中是没有标号，为了更好地学习后续的内容，这里简单给大家讲讲。可以通过 ADC_CR1 寄存器的 SCAN 位配置是否使用扫描模式。如果选择扫描模式，ADC会扫描所有被 ADC_SQRx 寄存器或 ADC_JSQR 选中的所有通道，并对规则组或者注入组的每个通道执行单次转换，然后停止转换。但如果还设置了 CONT 位，即选择连续转换模式，那么转换不会在选择组的最后一个通道上停止，而是再次从选择组的第一个通道继续转换。如果设置了 DMA 位，在每次 EOC 后， DMA 控制器把规则组通道的转换数据传输到SRAM 中。而注入通道转换的数据总是存储在 ADC_JDRx 寄存器中。

单通道 ADC 采集

下面我们组单通道的单次转换模式，并且通过软件触发，即由 ADC_CR2 寄存器的 SWSTART 位启动。

ADC 寄存器

==ADC 控制寄存器 1（ADC_CR1）==

SCAN 位用于选择是否使用扫描模式。本实验我们使用单通道采集，所以没必要选择扫描模式，该位置 0 即可。

==ADC 控制寄存器 2（ADC_CR2）==

ADON 位用于打开或关闭 AD 转换器，还可以用于触发 ADC 转换。CONT 位用于设置单次转换模式还是连续转换模式，本实验我们使用单次转换模式，所以 CONT 位置 0 即可。ALIGN 用于设置数据对齐，我们使用右对齐，所以该位设置为 0。EXTEN[1:0]位用于设置外部触发边沿，本实验使用软件触发，所以设置为 00 即可。

==ADC 采样事件寄存器 1（ADC_SMPR1）==

==ADC 采样事件寄存器 2（ADC_SMPR2）==

ADC 采样时间设置需要由两个寄存器设置，ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2，分别设置通道 10~18 和通道 0~9 的采样时间，每个通道用 3 个位设置。

• 一般每个要转换的通道，采样时间建议尽量长一点，以获得较高的准确度，但是这样会降低 ADC 的转换速率，看大家怎么衡量选择了。本实验中，我们设置采样时间是 480 个周期，ADC 精度是 12 位。

TCONV = 采样时间 + 12 个周期

• 例如APB2 的时钟是 84MHz，经过 ADC 时钟预分频器的 4 分频后，ADC 时钟频率为 21MHz。

====》 ADC 的转换时间大约是 23.4us。

==ADC 规则序列寄存器 1（ADC_SQR1）==

L[3:0]用于设置规则组序列的长度，取值范围：0~15，表示规则组的长度是 1~16。本实验只用了 1 个输入通道，所以 L[3:0]位设置为 0000 即可。

==ADC 规则数据寄存器（ADC_DR）==

在规则序列中 AD 转换结果都将被存在这个寄存器里面，而注入通道的转换结果被保存在 ADC_JDRx 里面。该寄存器的数据可以通过 ADC_CR2 的 ALIGN 位设置左对齐还是右对齐。

==ADC 状态寄存器（ADC_SR）==

该寄存器保存了 ADC 转换时的各种状态。本实验我们通过 EOC 位的状态来判断 ADC 转换是否完成，如果查询到 EOC 位被硬件置 1，就可以从 ADC_DR 寄存器中读取转换结果，否则需要等待转换完成。

单通道 ADC 采集（DMA 读取）

学习单通道 ADC 采集（DMA 读取）。本实验使用规则组单通道的连续转换模式，并且通过软件触发，即由 ADC_CR2 寄存器的 SWSTART 位启动。由于使用连续转换模式，所以使用 DMA 读取转换结果的方式。

ADC&DMA 寄存器

这里很多的设置和单通道 ADC 采集实验是一样的

==ADC 配置寄存器（ADC_CR2）==

• DMA 位用于配置使用 DMA 模式，本实验该位置 1。在单通道 ADC 采集实验中，默认设置为 0，即不使用 DMA 模式，规则组转换的结果存储在 ADC_DR 寄存器，然后通过手动读取 ADC_DR 寄存器的方式得到转换结果。本实验我们使用 ADC 的连续转换模式，并通过 DMA读取转换结果，这样 DMA 就会自动在 ADC_DR 寄存器中读取转换结果。
• CONT 位用于设置单次转换模式还是连续转换模式，本实验我们使用连续转换模式，所以 CONT 位置 1 即可。

==DMA 数据流 x 外设地址寄存器（DMA_SxPAR）（x = 0…7）==

该寄存器存放的是 DMA 读或者写数据的外设数据寄存器的基址。本实验，我们需要通过DMA 读取 ADC 转换后存放在 ADC 规则数据寄存器 (ADC_DR) 的结果数据。所以我们需要给 DMA_SxPAR 寄存器写入 ADC_DR 寄存器的地址。这样配置后，DMA 就会从 ADC_DR 寄存器的地址读取 ADC 的转换后的数据到某个内存空间。这个内存空间地址需要我们通过DMA_SxPAR 寄存器来设置，比如定义一个变量，把这个变量的地址值写入该寄存器。

==DMA 数据流 x 存储器地址寄存器（DMA_SxM0AR）（x = 0…7）==

该寄存器存放的是 DMA 读或者写数据的目标存放的地址。同样的，该寄存器也是受写保护，只有当 DMA_SxCR 的 EN 位为 0 时才可以写入。

==DMA 数据流 x 数据项数寄存器（DMA_SxNDTR）（x = 0…7）==

前面的 DMA_SxPAR 寄存器是传输的源地址，而 DMA_SxM0AR 寄存器是传输的目的地址，DMA_SxNDTR 寄存器则是要传输的数据项数目（0 到 65535）。

多通道 ADC 采集（DMA 读取）

多通道 ADC 采集（DMA 读取）。使用规则组多通道的连续转换模式，并且通过软件触发，即由 ADC_CR2 寄存器的 SWSTART 位启动。由于使用连续转换模式，所以使用 DMA 读取转换结果的方式。

ADC寄存器

这里很多的设置和单通道 ADC 采集（DMA 读取）实验是一样的，针对性选择与单通道 ADC 采集（DMA 读取）不同设置的 ADC_SQRx 寄存器进行介绍，其他的配置基本一样的。另外我们用到 DMA读取数据，配置上和单通道 ADC 采集（DMA 读取）是一样的。

==ADC 规则序列寄存器 1（ADC_SQR1）==

• L[3:0]位用于设置规则序列的长度，取值范围：0~15，表示规则序列长度为 1~16。本实验使用到 3 个通道，所以设置这几个位的值为 2 即可。
• SQ13[4:0]~SQ16[4:0]位设置规则组序列的第 13~16 个转换编号，第 1~12 个转换编号的设置请查看 ADC_SQR2 和 ADC_SQR3 寄存器。

内部温度传感器

STM32F407 的内部温度传感器并使用它来读取温度值。

内部温度传感器简介

• STM32 有一个内部的温度传感器，可以用来测量 CPU 及周围的温度（内部温度传感器更适合于检测温度的变化，需要测量精确温度的情况下，建议使用外置传感器）。对于STM32F407 来说，该温度传感器在内部和 ADC1_IN16 输入通道相连接，此通道把传感器输出的电压转换成数字值，温度传感器模拟输入采样时间不能小于 10us。STM32 内部温度传感器支持的温度范围为：-40~125 度。精度为±1.5℃左右。
• STM32 内部温度传感器的使用很简单，只要设置一下内部 ADC，并激活其内部温度传感器通道就差不多了。
• 使用 STM32 的内部温度传感器，必须先激活 ADC 的内部通道，通过 ADC_CR2 的 TSVREFE 位设置。设置该位为 1 则启用内部温度传感器。
• STM32F4 的内部温度传感器固定的连接在 ADC1 的通道 16 上，在设置好 ADC1 之后只要读取通道 16 的值，就是温度传感器返回来的电压值了。根据这个

值，我们就可以计算出当前温度。计算公式如下：

• • V25 = Vsense 在 25 度时的数值（典型值为：0.76）
  • Avg_Slope = 温度与 Vsense 曲线的平均斜率（单位：mv/℃或 uv/℃）（典型值：2.5mv/℃）。