STM32F1 ADC主要特性和结构框图解析
stm32f1 adc简介
adc（analog to digital converter）即模数转换器，它可以将模拟信号转换为数字信号。按照其转换原理主要分为逐次逼近型、双积分型、电压频率转换型三种。stm32f1 的 adc 就是逐次逼近型的模拟数字转换器。
stm32f103 系列一般都有 3 个 adc，这些 adc 可以独立使用，也可以使用双重/三重模式（提高采样率）。stm32f1 的 adc 是 12 位逐次逼近型的模拟数字转换器。它具有多达 18 个复用通道，可测量来自 16 个外部源、2 个内部信号源。 这些通道的 a/d 转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。adc 的结果可以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器中。adc 具有模拟看门狗特性，允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的阀值上限或者下限。
stm32f1 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
● 从通道 0 到通道 n 的自动扫描模式
● 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 转换时间：
─ stm32f103xx 增强型产品：时钟为 56mhz 时为 1μs（时钟为 72mhz 为 1.17μs）
─ stm32f101xx 基本型产品：时钟为 28mhz 时为 1μs（时钟为 36mhz 为 1.55μs）
─ stm32f102xxusb 型产品：时钟为 48mhz 时为 1.2μs
─ stm32f105xx和stm32f107xx产品：时钟为56mhz时为1μs（时钟为72mhz为 1.17μs）
● 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。
stm32f1 adc 结构框图
stm32f1 adc 拥有这么多功能，是由 adc 内部结构所决定。要更好地理解stm32f1 的 adc，就需要了解它内部的结构。如图 28.1.1 所示：
我们把 adc 结构框图分成 7 个子模块，按照顺序依次进行简单介绍。
（1）标号 1：电压输入引脚
adc 输入电压范围为： vref- ≤ vin ≤ vref+。由 vref-、 vref+ 、vdda 、 vssa 这四个外部引脚决定。通常我们把 vssa 和 vref-接地，把 vref+和 vdda 接 3.3v，因此 adc 的输入电压范围为：0~3.3v。我们使用的开发板 adc输入电压范围为 0~3.3v。
如果我们想让 adc 测试负电压或者更高的正电压，可以在外部加一个电压调理电路，把需要转换的电压抬升或者降压到 0~3.3v，这样 adc 就可以测量了。但一定记住，不要直接将高于 3.3v 的电压接到 adc 管脚上，那样将可能烧坏芯片。
（2）标号 2：输入通道
stm32 的 adc 的输入通道多达 18 个，其中外部的 16 个通道就是框图中的 adcx_in0、adcx_in1.。.adcx_in5（x=1/2/3，表示 adc 数），通过这 16 个外部通道可以采集模拟信号。这 16 个通道对应着不同的 io 口， 具体是哪一个io 口可以从数据手册查询到，也可以从图 28.1.2 查看，同样我们在开发板芯片原理图内也给大家标注了。其中 adc1 还有 2 个内部通道：adc1 的通道 16 连接到了芯片内部的温度传感器，通道 17 连接到了内部参考电压 vrefint。adc2 和adc3 的通道 16、 17 全部连接到了内部的 vss。
（3）标号 3：通道转换顺序
外部的 16 个通道在转换的时候可分为 2 组通道：规则通道组和注入通道组，其中规则通道组最多有 16 路，注入通道组最多有 4 路。
规则通道组：从名字来理解，规则通道就是一种规规矩矩的通道，类似于正常执行的程序。通常我们使用的都是这个通道。
注入通道组：从名字来理解，注入即为插入，是一种不安分的通道，类似于中断。当程序正常往下执行时，中断可以打断程序的执行。同样如果在规则通道转换过程中，有注入通道插队，那么就要先转换完注入通道，等注入通道转换完成后，再回到规则通道的转换流程。
每个组包含一个转换序列，该序列可按任意顺序在任意通道上完成。例如，可按以下顺序对序列进行转换： adc_in3、adc_in8、 adc_in2、 adc_in2、adc_in0、 adc_in2、 adc_in2、 adc_in15。规则通道组序列寄存器有 3 个，分别是 sqr3、 sqr2、 sqr1。 sqr3 控制着规则序列中的第一个到第六个转换，对应的位为：sq1［4:0］~sq6［4:0］，第一次转换的是位 4:0 sq1［4:0］，如果通道 3 想第一次转换，那么在 sq1［4:0］写 3即可。sqr2 控制着规则序列中的第 7 到第 12 个转换，对应的位为：sq7［4:0］~sq12［4:0］，如果通道 1 想第 8 个转换，则 sq8［4:0］写 1 即可。sqr1 控 制 着 规 则 序 列 中 的 第 13 到 第 16 个 转 换 ， 对 应 位 为 ： sq13［4:0］~sq16［4:0］，如果通道 6 想第 10 个转换，则 sq10［4:0］写 6 即可。具体使用多少个通道，由 sqr1 的位 l［3:0］决定，最多 16 个通道。
注入通道组序列寄存器只有一个，是 jsqr。它最多支持 4 个通道，具体多少个由 jsqr 的 jl［2:0］决定。注意：
当 jl［1:0］ = 3（有 4 次注入转换）时， adc 将按以下顺序转换通道：jsq1［4:0］、jsq2［4:0］、 jsq3［4:0］ 和 jsq4［4:0］。
当 jl = 2 （有 3 次注入转换）时，adc 将按以下顺序转换通道：jsq2［4:0］、jsq3［4:0］ 和 jsq4［4:0］。
当 jl = 1 （有 2 次注入转换）时，adc 转换通道的顺序为：先是 jsq3［4:0］，而后是 jsq4［4:0］。
当 jl = 0（有 1 次注入转换）时， adc 将仅转换 jsq4［4:0］ 通道。
如果在转换期间修改 adc_sqrx 或 adc_jsqr 寄存器，将复位当前转换并向adc 发送一个新的启动脉冲，以转换新选择的通道组。
（4）标号 4：触发源
选择好输入通道，设置好转换顺序，接下来就可以开始转换。要开启 adc转换，可以直接设置 adc 控制寄存器 adc_cr2 的 adon 位为 1，即使能 adc。当然 adc 还支持外部事件触发转换，触发源有很多，具体选择哪一种触发源，由 adc控制寄存器 2:adc_cr2 的 extsel［2:0］和 jextsel［2:0］位来控制。extsel［2:0］用于选择规则通道的触发源，jextsel［2:0］用于选择注入通道的触发源。选定好触发源之后，触发源是否要激活，则由 adc 控制寄存器 adc_cr2 的 exttrig 和jexttrig 这两位来激活。
如果使能了外部触发事件，我们还可以通过设置 adc 控制寄存器2:adc_cr2 的 exten［1:0］和 jexten［1:0］来控制触发极性，可以有 4 种状态，分别是：禁止触发检测、上升沿检测、下降沿检测以及上升沿和下降沿均检测。
（5）标号 5：adc 时钟
adc 输入时钟 adc_clk 由 apb2 经过分频产生，最大值是 14mhz，分频因子由 rcc 时钟配置寄存器 rcc_cfgr 的位 15:14 adcpre［1:0］设置，可以是2/4/6/8 分频，注意这里没有 1 分频。我们知道 apb2 总线时钟为 72m，而 adc最大工作频率为 14m，所以一般设置分频因子为 6，这样 adc 的输入时钟为 12m。
adc 要完成对输入电压的采样需要若干个 adc_clk 周期，采样的周期数可通过 adc 采样时间寄存器 adc_smpr1 和 adc_smpr2 中的 smp［2:0］位设置，adc_smpr2 控制的是通道 0~9， adc_smpr1 控制的是通道 10~17。每个通道可以分别用不同的时间采样。其中采样周期最小是 1.5 个，即如果我们要达到最快的采样，那么应该设置采样周期为 1.5 个周期，这里说的周期就是1/adc_clk。
adc 的总转换时间跟 adc 的输入时钟和采样时间有关，其公式如下：
tconv = 采样时间 + 12.5 个周期
其中 tconv 为 adc 总转换时间，当 adc_clk=14mhz 的时候，并设置 1.5 个周期的采样时间，则 tcovn=1.5+12.5=14 个周期=1us。通常经过 adc 预分频器能分频到最大的时钟只能是 12m，采样周期设置为 1.5 个周期，算出最短的转换时间为 1.17us，这个才是最常用的。
（6）标号 6：数据寄存器
adc 转换后的数据根据转换组的不同，规则组的数据放在 adc_dr 寄存器内，注入组的数据放在 jdrx 内。
因为 stm32f1 的 adc 是 12 位转换精度，而数据寄存器是 16 位，所以 adc在存放数据的时候就有左对齐和右对齐区分。如果是左对齐，ad 转换完成数据存放在 adc_dr 寄存器的［4:15］位内；如果是右对齐，则存放在 adc_dr 寄存器的［0:11］位内。具体选择何种存放方式，需通过 adc_cr2 的 11 位 align 设置。
在规则组中，含有 16 路通道，对应着存放规则数据的寄存器只有 1 个，如果使用多通道转换，那么转换后的数据就全部挤在 adc_dr 寄存器内，前一个时间点转换的通道数据，就会被下一个时间点的另外一个通道转换的数据覆盖掉，所以当通道转换完成后就应该把数据取走，或者开启 dma 模式，把数据传输到内存里面，不然就会造成数据的覆盖。 最常用的做法就是开启 dma 传输。如果没有使用 dma 传输，我们一般通过 adc 状态寄存器 adc_sr 获取当前 adc 转换的进度状态，进而进行程序控制。
而在注入组中，最多含有 4 路通道，对应着存放注入数据的寄存器正好有 4个，不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。
（7）标号 7：中断
当发生如下事件且使能相应中断标志位时，adc 能产生中断。
1.转换结束（规则转换）与注入转换结束
数据转换结束后，如果使能中断转换结束标志位，转换一结束就会产生转换结束中断。
2.模拟看门狗事件
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，前提是我们开启了模拟看门狗中断，其中低阈值和高阈值由 adc_ltr 和adc_htr 设置。
3.dma 请求
规则和注入通道转换结束后，除了产生中断外，还可以产生 dma 请求，把转换好的数据直接存储在内存里面。要注意的是只有 adc1 和 adc3 可以产生dma 请求。一般我们在使用 adc 的时候都会开启 dma 传输。我们知道 stm32f1 adc 转换模式有单次转换与连续转换区分。
在单次转换模式下，adc 执行一次转换。可以通过 adc_cr2 寄存器的swstart 位（只适用于规则通道）启动，也可以通过外部触发启动（适用于规则通道和注入通道），这时 cont 位为 0。以规则通道为例，一旦所选择的通道转换完成，转换结果将被存在 adc_dr 寄存器中，eoc（转换结束）标志将被置位，如果设置了 eocie，则会产生中断。然后 adc 将停止，直到下次启动。
在连续转换模式下，adc 结束一个转换后立即启动一个新的转换。cont 位为 1 时，可通过外部触发或将 adc_cr2 寄存器中的 swstrt 位置 1 来启动此模式（仅适用于规则通道）。需要注意的是：此模式无法连续转换注入通道。连续模式下唯一的例外情况是，注入通道配置为在规则通道之后自动转换（使用jauto 位）。
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● 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
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● 自校准
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● adc 输入范围： vref- ≤ vin ≤ vref+
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当 jl = 2 （有 3 次注入转换）时，adc 将按以下顺序转换通道：jsq2［4:0］、jsq3［4:0］ 和 jsq4［4:0］。
当 jl = 1 （有 2 次注入转换）时，adc 转换通道的顺序为：先是 jsq3［4:0］，而后是 jsq4［4:0］。
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如果在转换期间修改 adc_sqrx 或 adc_jsqr 寄存器，将复位当前转换并向adc 发送一个新的启动脉冲，以转换新选择的通道组。
（4）标号 4：触发源
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如果使能了外部触发事件，我们还可以通过设置 adc 控制寄存器2:adc_cr2 的 exten［1:0］和 jexten［1:0］来控制触发极性，可以有 4 种状态，分别是：禁止触发检测、上升沿检测、下降沿检测以及上升沿和下降沿均检测。
（5）标号 5：adc 时钟
adc 输入时钟 adc_clk 由 apb2 经过分频产生，最大值是 14mhz，分频因子由 rcc 时钟配置寄存器 rcc_cfgr 的位 15:14 adcpre［1:0］设置，可以是2/4/6/8 分频，注意这里没有 1 分频。我们知道 apb2 总线时钟为 72m，而 adc最大工作频率为 14m，所以一般设置分频因子为 6，这样 adc 的输入时钟为 12m。
adc 要完成对输入电压的采样需要若干个 adc_clk 周期，采样的周期数可通过 adc 采样时间寄存器 adc_smpr1 和 adc_smpr2 中的 smp［2:0］位设置，adc_smpr2 控制的是通道 0~9， adc_smpr1 控制的是通道 10~17。每个通道可以分别用不同的时间采样。其中采样周期最小是 1.5 个，即如果我们要达到最快的采样，那么应该设置采样周期为 1.5 个周期，这里说的周期就是1/adc_clk。
adc 的总转换时间跟 adc 的输入时钟和采样时间有关，其公式如下：
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其中 tconv 为 adc 总转换时间，当 adc_clk=14mhz 的时候，并设置 1.5 个周期的采样时间，则 tcovn=1.5+12.5=14 个周期=1us。通常经过 adc 预分频器能分频到最大的时钟只能是 12m，采样周期设置为 1.5 个周期，算出最短的转换时间为 1.17us，这个才是最常用的。
（6）标号 6：数据寄存器
adc 转换后的数据根据转换组的不同，规则组的数据放在 adc_dr 寄存器内，注入组的数据放在 jdrx 内。
因为 stm32f1 的 adc 是 12 位转换精度，而数据寄存器是 16 位，所以 adc在存放数据的时候就有左对齐和右对齐区分。如果是左对齐，ad 转换完成数据存放在 adc_dr 寄存器的［4:15］位内；如果是右对齐，则存放在 adc_dr 寄存器的［0:11］位内。具体选择何种存放方式，需通过 adc_cr2 的 11 位 align 设置。
在规则组中，含有 16 路通道，对应着存放规则数据的寄存器只有 1 个，如果使用多通道转换，那么转换后的数据就全部挤在 adc_dr 寄存器内，前一个时间点转换的通道数据，就会被下一个时间点的另外一个通道转换的数据覆盖掉，所以当通道转换完成后就应该把数据取走，或者开启 dma 模式，把数据传输到内存里面，不然就会造成数据的覆盖。 最常用的做法就是开启 dma 传输。如果没有使用 dma 传输，我们一般通过 adc 状态寄存器 adc_sr 获取当前 adc 转换的进度状态，进而进行程序控制。
而在注入组中，最多含有 4 路通道，对应着存放注入数据的寄存器正好有 4个，不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。
（7）标号 7：中断
当发生如下事件且使能相应中断标志位时，adc 能产生中断。
1.转换结束（规则转换）与注入转换结束
数据转换结束后，如果使能中断转换结束标志位，转换一结束就会产生转换结束中断。
2.模拟看门狗事件
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，前提是我们开启了模拟看门狗中断，其中低阈值和高阈值由 adc_ltr 和adc_htr 设置。
3.dma 请求
规则和注入通道转换结束后，除了产生中断外，还可以产生 dma 请求，把转换好的数据直接存储在内存里面。要注意的是只有 adc1 和 adc3 可以产生dma 请求。一般我们在使用 adc 的时候都会开启 dma 传输。我们知道 stm32f1 adc 转换模式有单次转换与连续转换区分。
在单次转换模式下，adc 执行一次转换。可以通过 adc_cr2 寄存器的swstart 位（只适用于规则通道）启动，也可以通过外部触发启动（适用于规则通道和注入通道），这时 cont 位为 0。以规则通道为例，一旦所选择的通道转换完成，转换结果将被存在 adc_dr 寄存器中，eoc（转换结束）标志将被置位，如果设置了 eocie，则会产生中断。然后 adc 将停止，直到下次启动。
在连续转换模式下，adc 结束一个转换后立即启动一个新的转换。cont 位为 1 时，可通过外部触发或将 adc_cr2 寄存器中的 swstrt 位置 1 来启动此模式（仅适用于规则通道）。需要注意的是：此模式无法连续转换注入通道。连续模式下唯一的例外情况是，注入通道配置为在规则通道之后自动转换（使用jauto 位）。
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