From Zero To Hero | ADC采集数据常见问题

strongerHuang 2020-04-20 00:00

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来源:STM32


ADC,Analog-to-Digital Converter(模数转换器),其应用非常广泛,比如温度、湿度、压力、声音等传感器领域。

ADC的类型很多,STM32内部集成的ADC为逐次逼近型。STM32虽然是通用MCU芯片,但它内部集成的ADC也非常出色,不比一些专用ADC芯片差。


STM32 ADC 基础内容


STM32内部集成的ADC与型号有关,有16位、12位ADC,内部集成ADC多达4个,通道数多达40个,甚至更多。


1. ADC分辨率

分辨率决定了ADC的转换精度,按理说分辨率越高越好,但价格更贵。


STM32内部集成的ADC最高16位,2的16次方,即65536的分辨率。只有少数STM32才集成16位分辨率的ADC,绝大部分支持12位。


当然,有时出于提高转换速率的考虑,可以软件配置成10 位、 8 位或 6 位的分辨率。


2. ADC采样率

采样率指每秒进行AD转换的次数,STM32的采样率由ADCK时钟,以及分频比决定。


不同型号的STM32,其ADCCLK时钟也有差异,具体可参看芯片对应的手册。


3. ADC通道

STM32的每个ADC有数条复用模拟输入通道,具体通道数因不同系列及型号而异。片内温度传感器、内部参考电压、VBAT还可以与内部模拟通道相连,便于测量和使用。



4. ADC数据对齐

STM32的AD转换后存储数据的对齐方式可通过软件配置成左对齐、右对齐。比如规则组12位分辨率左右对齐如下:



这里数据对齐还与规则组/注入组、分辨率等有关。


5.ADC触发方式


STM32触发ADC转换的方式有很多种,软件触发、外部事件(如定时器事件、 EXTI 中断事件)触发转换。

 

外部事件触发还分为上升沿和下降沿触发:



STM32 ADC基础内容及配置参数比较多,更多细节请查阅芯片对应的参考手册。


STM32 ADC 参数配置


STM32 ADC配置的参数相对较多,只要理解了ADC的基础内容,再结合STM32CubeMX或官方提供的例程,使用ADC就较容易了。


比如:最基础的单通道配置(默认配置):


1.STM32CubeMX



2.标准外设库

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1;ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_3Cycles);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);


这里结合STM32F4,STM32CubeMX和标准外设库描述了最基础的参数配置。


STM32CubeMX图形化工具配置起来很简单,但前提需要理解各参数的含义。


每项独立的参数其实不难理解,难在各项参数复合使用,比如:多通道、外部事件定时器触发、DMA等。


STM32 ADC 常见问题


STM32内部集成ADC是一个常用的模块,单通道简单采集电压比较容易,但多通道、高频次等一些特殊情况下,对软件和硬件的要求更高。

些特殊情况下,对软件和


问题一:参考电压电阻问题

‍STM32部分型号芯片具有VREF+、 VREF-参考电压引脚。而且,参考电压必须低于VDDA电压。



实际应用存在 VREF+ 与 VDDA 之间通过电阻(比如10K)连接的情况,这样就会因电阻分压导致测量值存在偏差。


解决办法:VREF+  VDDA通过0Ω电阻连接,同样,VREF-  VDDS也要通过0欧电阻连接。


问题二:输入引脚浮空问题

有工程师会会习惯性在外部信号和STM32引脚间加一个二极管。

如果外部电压为0时,在STM32引脚处的状态即为浮空状态,读取出来的电压就是一个不确定值(通常为1/2VDD电压)。


解决办法:去掉二极管,同时增加外围抗干扰电路。


问题三:多通道序列采集问题

在多通道采集时,采集电压都为序列中第一个的电压,通常是因为未理解规则组序列转换,因软件配置不对导致的问题。


解决办法:首先要使能扫描模式,再次要正确配置规则组序列。(同样的问题在使用DMA情况下也容易出现,需要正确理解连续转换这些细节问题)。


问题四:通道间串扰问题

使用 ADC 常规通道的扫描模式采集多路模拟信号时,可能存在各路信号转换相同结果的情况(实际各路电压不同)


问题原因是相邻通道之间透过采样电容Cs发生了藕合。


当 ADC 的采样电容在两个通道之间进行切换时,电路类似如下图:



解决办法:增大 ADC 相邻两个通道采样之间的延时:ADC_TwoSamplingDelay.


问题五:采样时间与外部输入阻抗不匹配

在做AD转换时,我们需考虑信号输入电路的阻抗,整体上,该阻值越大,为保证转换精度,所需采样时间就越长,STM32芯片可编程的采样时间是有限的,显然这个外部输入阻抗也是有上限的。关于这点,在STM32芯片数据手册里有关ADC特性的章节有详细解释,可以阅读。

解决办法:根据实际输入阻抗和具体应用来配置合适的采样时间。


复盘一下

▼ADC 基础内容:分辨率、采样率、通道、数据对齐、触发方式;
▼ADC 参数配置:结合STM32CubeMX工具或者例程配置参数;
▼ADC 常见问题:参考电压电阻问题、输入引脚浮空问题、多通道序列采集问题、通道间串扰问题;


免责声明:本文来源STM32,版权归原作者所有。如涉及作品版权问题,请与我联系删除。

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