【STM32H7教程】第44章 STM32H7的ADC基础知识和HAL库API

发布时间:2023-04-13  

44.1 初学者重要提示

  1. STM32H7虽然支持差分,但不支持负压测量。

  2. STM32H7的ADC采集通道体验快速通道Fast Channels和低速通道Slow Channels的区别,详情看本章2.12小节的电气特性。

  3. STM32H7的ADC支持过采样,通过过采样技术可以做到26位分辨率。

  4. ADC的专业术语诠释文档,推荐大家看看:

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=89414 。

44.2 ADC基础知识

ADC的几个关键知识点放在开头说:

  • STM32H7支持三路ADC,分别是ADC1,ADC2和ADC3。其中ADC1和ADC2可以组成双ADC模式,ADC3是独立的。这个跟STM32F4有所不同,F4的ADC1,ADC2和ADC3可以组成三ADC模式。

  • 可以配置为16bit,14bit,12bit,10bit或者8bit分辨率,分辨率越低可以做到的采样率越高,因为转换时间要短。

  • 每个ADC都支持20路采样通道。其中有6路快速通道和14路慢速通道,慢速和快速的区别主要是支持的最高采样率不同,慢速通道要比快速通道低。

  • 支持单独输入和差分输入,其中差分输入不支持负压测量。

  • 支持偏移校准和线性度校准,STM32F1的时候还带校准功能,到了STM32F4取消掉了,H7又恢复了校准功能。

  • 支持规则通道和注入通道两种采样方式。

  • 支持低功耗特性,系统在低频工作时保持最佳 ADC 性能(提供自动延迟插入)。

  • 具有五条专用的内部通道,内部参考电压 VrefInt,内部温度传感器和VBAT 监测通道 VBAT/4都是连接到 ADC3。另外内部 DAC 通道 1 和通道 2,连接到 ADC2。

  • 支持过采样,最高可以调整到26bit采样率。

  • ADC采样的数据可接入DFSDM数字滤波器进行后期处理。

  • 每个ADC支持三路模拟看门狗。

44.2.1 ADC硬件框图

认识一个外设,最好的方式就是看他的框图,方便我们快速的了解ADC的基本功能,然后再看手册了解细节。框图如下所示(ADC1和ADC2):

相比前面章节讲解的外设,ADC的框图相对较复杂,因为涉及到控制寄存器较多。通过这个框图,我们可以得到如下信息:

  • ADC_INP[0:19]和ADC_INN[0:19]

INP是差分正向输入,INN是差分反向输入。

ADC_INP[0:5]和ADC_INN[0:5]是快速通道。

ADC_INP[6:19]和ADC_INN[6:19]是慢速通道。

  • adc_ext_trg[20:0]

共有21路触发用于规则通道,ADC1和ADC2共用的,而ADC3是独立的。

  • adc_jext_trg[20:0]

共有21路触发用于注入通道,ADC1和ADC2共用的,而ADC3是独立的。

  • adc_awd1,adc_awd2和adc_awd3

每个ADC都支持三个模拟看门狗。

  • adc_it

ADC中断。

  • adc_hclk

ADC的AHB时钟。

  • adc_ker_ck

ADC的内核时钟。

  • adc_dma

用于ADC的DMA请求。

  • dac_out1,dac_out2,Vsense,Vrefint和Vbat

五条专用的内部通道,内部参考电压 VrefInt,内部温度传感器和VBAT 监测通道 VBAT/4都是连接到 ADC3。另外内部 DAC 通道 1 和通道 2,连接到 ADC2。

44.2.2 ADC时钟源选择

ADC有两种时钟源可供选择,可以使用来自AHB总线的系统时钟(属于同步时钟,对应下面框图的adc_hclk),也可以使用PLL2,PLL3,HSE,HSI或者CSI时钟(属于异步时钟,对应下面框图的adc_ker_ck)。

结合上面的框图,ADC的时钟源要注意以下几个问题:

  • ADC1,ADC2和ADC3共用选择的时钟。

  • ADC的时钟源使用AHB时钟,且使用注入模式,那么在16bit,14bit,12bit或者10bit分辨率时,ADC的时钟不能超过AHB时钟的四分之一。8bit模式时,不能超过AHB时钟的三分之一。

  • 选择AHB时钟的话,ADC的配置中提供了不分频,二分频和四分频。如果选择了不分频,那么配置AHB的时钟输出时也不可以设置分频,即RCC的CFGR寄存器配置不可分频。

  • 如果使用PLL时钟,运行期间要一直开启,不可关闭。

最后特别注意一点,如果STM32H7工作在400MHz,ADC使用AHB做时钟源,超频是不可避免的。ADC1和ADC2位于200MHz的AHB1总线时钟,而ADC3位于200MHz的AHB4下。根据上面的框图,ADCx_CCR寄存器的CKMODE最高可以选择4分频,那么就是50MHz,而ADC数据手册限制最高是36MHz,也就是说已经超频了。

使用AHB作为时钟源的好处就是定时器等外部触发方式的效果好。

第44章 STM32H7的ADC基础知识和HAL库API

本章节为大家讲解ADC(Analog-to-digital converters,模数转换器),极具项目使用价值,因为STM32H7的ADC已经高达16位分辨率,支持3.6Msps采样率。

44.1 初学者重要提示

44.2 ADC基础知识

44.3 ADC的HAL库用法

44.4 源文件stm32h7xx_hal_adc.c

44.5 总结

44.1 初学者重要提示

  1. STM32H7虽然支持差分,但不支持负压测量。

  2. STM32H7的ADC采集通道体验快速通道Fast Channels和低速通道Slow Channels的区别,详情看本章2.12小节的电气特性。

  3. STM32H7的ADC支持过采样,通过过采样技术可以做到26位分辨率。

  4. ADC的专业术语诠释文档,推荐大家看看:

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=89414 。

44.2 ADC基础知识

ADC的几个关键知识点放在开头说:

  • STM32H7支持三路ADC,分别是ADC1,ADC2和ADC3。其中ADC1和ADC2可以组成双ADC模式,ADC3是独立的。这个跟STM32F4有所不同,F4的ADC1,ADC2和ADC3可以组成三ADC模式。

  • 可以配置为16bit,14bit,12bit,10bit或者8bit分辨率,分辨率越低可以做到的采样率越高,因为转换时间要短。

  • 每个ADC都支持20路采样通道。其中有6路快速通道和14路慢速通道,慢速和快速的区别主要是支持的最高采样率不同,慢速通道要比快速通道低。

  • 支持单独输入和差分输入,其中差分输入不支持负压测量。

  • 支持偏移校准和线性度校准,STM32F1的时候还带校准功能,到了STM32F4取消掉了,H7又恢复了校准功能。

  • 支持规则通道和注入通道两种采样方式。

  • 支持低功耗特性,系统在低频工作时保持最佳 ADC 性能(提供自动延迟插入)。

  • 具有五条专用的内部通道,内部参考电压 VrefInt,内部温度传感器和VBAT 监测通道 VBAT/4都是连接到 ADC3。另外内部 DAC 通道 1 和通道 2,连接到 ADC2。

  • 支持过采样,最高可以调整到26bit采样率。

  • ADC采样的数据可接入DFSDM数字滤波器进行后期处理。

  • 每个ADC支持三路模拟看门狗。

44.2.1 ADC硬件框图

认识一个外设,最好的方式就是看他的框图,方便我们快速的了解ADC的基本功能,然后再看手册了解细节。框图如下所示(ADC1和ADC2):

相比前面章节讲解的外设,ADC的框图相对较复杂,因为涉及到控制寄存器较多。通过这个框图,我们可以得到如下信息:

  • ADC_INP[0:19]和ADC_INN[0:19]

INP是差分正向输入,INN是差分反向输入。

ADC_INP[0:5]和ADC_INN[0:5]是快速通道。

ADC_INP[6:19]和ADC_INN[6:19]是慢速通道。

  • adc_ext_trg[20:0]

共有21路触发用于规则通道,ADC1和ADC2共用的,而ADC3是独立的。

  • adc_jext_trg[20:0]

共有21路触发用于注入通道,ADC1和ADC2共用的,而ADC3是独立的。

  • adc_awd1,adc_awd2和adc_awd3

每个ADC都支持三个模拟看门狗。

  • adc_it

ADC中断。

  • adc_hclk

ADC的AHB时钟。

  • adc_ker_ck

ADC的内核时钟。

  • adc_dma

用于ADC的DMA请求。

  • dac_out1,dac_out2,Vsense,Vrefint和Vbat

五条专用的内部通道,内部参考电压 VrefInt,内部温度传感器和VBAT 监测通道 VBAT/4都是连接到 ADC3。另外内部 DAC 通道 1 和通道 2,连接到 ADC2。

44.2.2 ADC时钟源选择

ADC有两种时钟源可供选择,可以使用来自AHB总线的系统时钟(属于同步时钟,对应下面框图的adc_hclk),也可以使用PLL2,PLL3,HSE,HSI或者CSI时钟(属于异步时钟,对应下面框图的adc_ker_ck)。

结合上面的框图,ADC的时钟源要注意以下几个问题:

  • ADC1,ADC2和ADC3共用选择的时钟。

  • ADC的时钟源使用AHB时钟,且使用注入模式,那么在16bit,14bit,12bit或者10bit分辨率时,ADC的时钟不能超过AHB时钟的四分之一。8bit模式时,不能超过AHB时钟的三分之一。

  • 选择AHB时钟的话,ADC的配置中提供了不分频,二分频和四分频。如果选择了不分频,那么配置AHB的时钟输出时也不可以设置分频,即RCC的CFGR寄存器配置不可分频。

  • 如果使用PLL时钟,运行期间要一直开启,不可关闭。

最后特别注意一点,如果STM32H7工作在400MHz,ADC使用AHB做时钟源,超频是不可避免的。ADC1和ADC2位于200MHz的AHB1总线时钟,而ADC3位于200MHz的AHB4下。根据上面的框图,ADCx_CCR寄存器的CKMODE最高可以选择4分频,那么就是50MHz,而ADC数据手册限制最高是36MHz,也就是说已经超频了。

使用AHB作为时钟源的好处就是定时器等外部触发方式的效果好。

#define ADC_EXTERNALTRIG_T1_CC1           ((uint32_t)0x00000000)

#define ADC_EXTERNALTRIG_T1_CC2           ((uint32_t)ADC_CFGR_EXTSEL_0)

#define ADC_EXTERNALTRIG_T1_CC3           ((uint32_t)ADC_CFGR_EXTSEL_1)

#define ADC_EXTERNALTRIG_T2_CC2           ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_1 | ADC_CFGR_EXTSEL_0))

#define ADC_EXTERNALTRIG_T3_TRGO          ((uint32_t)ADC_CFGR_EXTSEL_2)

#define ADC_EXTERNALTRIG_T4_CC4           ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_2 | ADC_CFGR_EXTSEL_0))

#define ADC_EXTERNALTRIG_EXT_IT11         ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_2 | ADC_CFGR_EXTSEL_1))

#define ADC_EXTERNALTRIG_T8_TRGO          ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_2 | ADC_CFGR_EXTSEL_1 |

 ADC_CFGR_EXTSEL_0))

#define ADC_EXTERNALTRIG_T8_TRGO2         ((uint32_t) ADC_CFGR_EXTSEL_3)

#define ADC_EXTERNALTRIG_T1_TRGO          ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_3 | ADC_CFGR_EXTSEL_0))

#define ADC_EXTERNALTRIG_T1_TRGO2         ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_3 | ADC_CFGR_EXTSEL_1))

#define ADC_EXTERNALTRIG_T2_TRGO          ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_3 | ADC_CFGR_EXTSEL_1 | ADC_CFGR_EXTSEL_0))

#define ADC_EXTERNALTRIG_T4_TRGO          ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_3 | ADC_CFGR_EXTSEL_2))

#define ADC_EXTERNALTRIG_T6_TRGO          ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_3 | ADC_CFGR_EXTSEL_2 | ADC_CFGR_EXTSEL_0))

#define ADC_EXTERNALTRIG_T15_TRGO         ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_3 | ADC_CFGR_EXTSEL_2 | ADC_CFGR_EXTSEL_1))

#define ADC_EXTERNALTRIG_T3_CC4           ((uint32_t)(ADC_CFGR_EXTSEL_3 | ADC_CFGR_EXTSEL_2 | ADC_CFGR_EXTSEL_1 | ADC_CFGR_EXTSEL_0))

#define ADC_EXTERNALTRIG_HR1_ADCTRG1      ((uint32_t) ADC_CFGR_EXTSEL_4)

#define ADC_EXTERNALTRIG_HR1_ADCTRG3      ((uint32_t) (ADC_CFGR_EXTSEL_4 | ADC_CFGR_EXTSEL_0))

#define ADC_EXTERNALTRIG_LPTIM1_OUT       ((uint32_t) (ADC_CFGR_EXTSEL_4 | ADC_CFGR_EXTSEL_1))

#define ADC_EXTERNALTRIG_LPTIM2_OUT       ((uint32_t) (ADC_CFGR_EXTSEL_4 | ADC_CFGR_EXTSEL_1| ADC_CFGR_EXTSEL_0))

#define ADC_EXTERNALTRIG_LPTIM3_OUT       ((uint32_t) (ADC_CFGR_EXTSEL_4 | ADC_CFGR_EXTSEL_2))

注入通道支持的外部触发源如下:


#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T1_TRGO       ((uint32_t)0x00000000)                                                                             

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T1_CC4        ((uint32_t)ADC_JSQR_JEXTSEL_0)                                                                     

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T2_TRGO       ((uint32_t)ADC_JSQR_JEXTSEL_1)                                                                     

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T2_CC1        ((uint32_t)(ADC_JSQR_JEXTSEL_1 | ADC_JSQR_JEXTSEL_0))                                              

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T3_CC4        ((uint32_t)ADC_JSQR_JEXTSEL_2)                                                                     

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T4_TRGO       ((uint32_t)(ADC_JSQR_JEXTSEL_2 | ADC_JSQR_JEXTSEL_0))                                              

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_EXT_IT15      ((uint32_t)(ADC_JSQR_JEXTSEL_2 | ADC_JSQR_JEXTSEL_1))                                              

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T8_CC4        ((uint32_t)(ADC_JSQR_JEXTSEL_2 | ADC_JSQR_JEXTSEL_1 | 

ADC_JSQR_JEXTSEL_0))                         

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T1_TRGO2      ((uint32_t)ADC_JSQR_JEXTSEL_3)                                                                     

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T8_TRGO       ((uint32_t)(ADC_JSQR_JEXTSEL_3 | ADC_JSQR_JEXTSEL_0))                                              

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T8_TRGO2      ((uint32_t)(ADC_JSQR_JEXTSEL_3 | ADC_JSQR_JEXTSEL_1))                                              

#define ADC_EXTERNALTRIGINJEC_T3_CC3        ((uint32_t)(ADC_JSQR_JEXTSEL_3 | ADC_JSQR_JEXTSEL_1 | ADC_JSQR_JEXTSEL_0))                        

文章来源于:电子工程世界    原文链接
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