STM32F103+CubeMX+ADC采集直流
前言
本文主要讲解如何使用单片机的内部ADC去采集直流量。需要对ADC和cubemx有一定的使用经历。
所需工具：
- 开发板
- STM32CubeMX
- IDE: Keil-MDK
ADC简介
ADC(Analog-to-Digital Converter)，即模拟-数字转换器，可以将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，进而使用数字电路进行处理，称之为数字信号处理。
STM32F103C8T6拥有2个内部ADC，分辨位数12位。单个ADC采样率最高可以达到1M，双ADC交错模式下可以达到2M。每个ADC共用多达16路通道。在电赛中，一般一个ADC开一个通道，两个通道的采样可以应对大部分的问题。一般开发板的内部ADC可以测量==0-3.3V。==
工程建立
时钟配置
配置ADC
注：原文图片未迁移（image-20211210172335243）
可以从图中看出，ADC的通道0引脚是PA0。
下面的配置默认即可。目前不涉及他们的使用。每个选项的具体含义如下，后面用到后，会过来方便查找。
- ADCs_Common_Settings：
Independent mod独立 ADC 模式，当使用一个 ADC 时是独立模式，使用两个 ADC 时是双模式。
- ADC_Settings
- Data Alignment：
Right alignment转换结果数据右对齐，一般我们选择右对齐模式。Left alignment转换结果数据左对齐。 - Scan Conversion Mode：
Disabled禁止扫描模式。如果是单通道 AD 转换使用 DISABLE。Enabled开启扫描模式。如果是多通道 AD 转换使用 ENABLE。 - Continuous Conversion Mode：
Disabled单次转换。转换一次后停止需要手动控制才重新启动转换。Enabled自动连续转换。 - DiscontinuousConvMode：
Disabled禁止间断模式。这个在需要考虑功耗问题的产品中很有必要，也就是在某个事件触发下，开启转换。Enabled开启间断模式。
- Data Alignment：
- ADC_Regular_ConversionMode：
Enable Regular Conversions是否使能规则转换。Number Of ConversionADC转换通道数目，有几个写几个就行。External Trigger Conversion Source外部触发选择。这个有多个选择，支持定时器和软件触发。
- Rank
ChannelADC转换通道Sampling Time采样周期选择，采样周期越短，ADC 转换数据输出周期就越短但数据精度也越低，采样周期越长，ADC 转换数据输出周期就越长同时数据精度越高。
- ADC_Injected_ConversionMode：
Enable Injected Conversions是否使能注入转换。注入通道只有在规则通道存在时才会出现。目前用不到。
- WatchDog：
Enable Analog WatchDog Mode是否使能模拟看门狗中断。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。
时钟树报错
没有碰到可以忽略
点开时钟树可以看到是ADC的时钟配置不对，产生这个的原因是我们最一开始配置时钟时，ADC的时钟没有开启。当开启ADC后，时钟分频过后ADC的时钟超过14M（这个14M上限可以在STM32中文参考手册里查到）。
我们这里只需要更改分频系数即可，把4改成6或者8就可以。
注：原文图片未迁移（image-20211210173547992）
注：原文图片未迁移（改正后的时钟）
配置串口
注：原文图片未迁移（image-20211210191241705）
代码生成
命名工程，指明位置
注：原文图片未迁移（image-20211210191529811）
注：原文图片未迁移（image-20211210191600399）
注：原文图片未迁移（image-20211210191616285）
代码编写
串口重定向
#include <stdio.h>
int fputc(int ch, FILE *f){ HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff); return ch;}
int fgetc(FILE *f){ uint8_t ch = 0; HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff); return ch;}注：原文图片未迁移（image-20211210191741147）
在mian.c里面包含stdio.h头文件，mian.c里面就可以printf了。
#include <stdio.h>注：原文图片未迁移（image-20211210191823647）
采样程序
先定义一个无符号16位变量
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PV */uint16_t ADC_Value; //定义一个变量，存放ADC返回的值/* USER CODE END PV */注：原文图片未迁移（image-20211210190537302）
接着书写单次采集程序
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1); //ADC校准 HAL_ADC_Start(&hadc1); //启动ADC转换 HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 50); //等待ADC1转换完毕，这里最多等待50ms ADC_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); //获取ADC的值，结果存放在ADC_Value里面 printf("ADC value is %d\n", ADC_Value); printf("ADC actural value is %.2f\n", ADC_Value * 3.3 / 4095);注：原文图片未迁移（image-20211212165745770）
硬件连接
示例工程里，我加入了UART的初始化以及对应的串口重定向和DEBUG功能。
| 引脚 | 连接对象 | 释义 |
|---|---|---|
| PA9 | CH340的RX | 单片机的TX连接CH340的RX |
| PA10 | CH340的TX | 单片机的RX连接CH340的TX |
| PA0 | 3.3V | 直接让ADC去测量板子上的3.3V |
注：原文图片未迁移（硬件连接总图）
> 注：原文图片未迁移（硬件连接开发板特写）运行结果
烧录代码后如果没有设置下载后自动复位，记得给单片机硬件复位
注：原文图片未迁移（image-20211210184717157）
ADC返回给单片机的数值是4095，我们转换到实际的电压值，对应着
练习
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我们知道ADC精度有限，实际采集到的直流值会有波动，尝试使用取均值来提高测量精度，。对比10个数取平均，和1000个数取平均，测到的直流值之间的差别。
加深对均值滤波和精度的概念
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如果你会定时器中断，尝试配合定时器中断实现一个100hz采样率的采样，也就是定义一个100hz的定时器中断，在每一次中断里面采集一次数据，这样去测量1hz的正弦信号，当测满100个点后，把数据打印出来，查看波形。
对采样率有一定的理解
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在练习2的基础上，将采样率从100hz提高到1k，在提高到10k，观察效果。如果发现采样率比实际的低，思考为什么。答案会在后续采集交流的文章中揭晓。
对中断方式控制的采样率上限有一定的感受。对处理的速度有一定的概念，做了这个练习，相信你在学习采集交流部分的DMA操作，会有比别人更加深刻的感悟，领略硬件的速度与软件的灵活。
后记
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