HAL库 - ADC

在STM32中，集成了12位逐次逼近型ADC。
12位：指ADC的采样深度，使用12位2进制数来表示一个采样点。例如4位ADC，就是把0-3.3V分成了2^4 -1份，每份为0.22V。参考下表

二进制数	对应电压
0000	0V
0001	0.22V
0011	0.44V
…	…
1111	3.30V

逐次逼近型（SAR）：每次比较输入电压与内部基准电压，逐步逼近输入电压。
默认的ADC时钟为4Mhz（最大为14Mhz）。
假设输入到ADC的时钟周期为14Mhz，时钟周期为$\frac{1}{14}MHz$ us
采样时间$0.1 us = 1.5 \times \frac{1}{14} us = 1.5 cycle$
转换时间$0.9 us = 12.5 \times \frac{1}{14} us = 12.5 cycle$

最优采样时间计算：

$$
T_S = (R_{AIN} + R_{ADC}) \times C_{ADC} * ln(2^{N+2})
$$

$R_{AIN}$ 表示模拟输入的内阻
$R_{ADC}$表示采样保持电路的电阻，为1k欧姆
$C_{ADC}$表示采样保持电路的电容，为8pF
$ln(2^{N+2})$里面的N表示采样深度，为12

带入计算，得到：
$$
T_S = (R_{AIN} + 1000) \times 77.6 * 10^{-12}
$$
只和模拟输入的内阻有关。

例如，当$R_{AIN}$ = 400欧姆时
$$
T_S = (400 + 1000) \times 77.6 * 10^{-12} = 0.11us
$$
当$R_{AIN}$ = 10k欧姆时
$$
T_S = (10e3 + 1000) \times 77.6 * 10^{-12} = 0.85us
$$
当$R_{AIN}$ = 50k欧姆时
$$
T_S = (50e3 + 1000) \times 77.6 * 10^{-12} = 3.96us
$$

计算cycle还要在后面乘上$f_{ADC}$，例如设置的$f_{ADC} = 14MHz$
当$R_{AIN}$ = 400欧姆时
$$
T_S = 0.11us \times f_{ADC} = 0.11us \times 14MHz = 1.54 cycle
$$
当$R_{AIN}$ = 10k欧姆时
$$
T_S = 0.85us \times f_{ADC} = 0.85us \times 14MHz = 11.9 cycle
$$
当$R_{AIN}$ = 50k欧姆时
$$
T_S = 3.96us \times f_{ADC} = 3.96us \times 14MHz = 55.4 cycle
$$

常用函数

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef *hADC);

作用：启动常规序列

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef *hADC, uint32_t Timeout);

作用：以轮询（标志位）的方式等待（常规序列）转换完成

uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef *hADC);

作用：获取常规序列的转换结果

示例：单通道转换ADC，光敏电阻点灯

光敏电阻的阻值为10k欧姆，计算采样时间
$$
T_S = (1e4 + 1000) \times 77.6 * 10^{-12} = 0.85us
$$
设定的ADC时钟为4MHz，计算cycle
$$
T_S = 0.85us \times 4MHz = 3.4cycle
$$

  while (1)
  {
		//1.启动常规序列
		HAL_ADC_Start(&hadc1);
		//2.等待转换完成
		HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,HAL_MAX_DELAY);
		//3.把转换结果保存在DR中
		uint32_t dr = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
		//4.把结果转换为电压
		float voltage = dr * (3.3f - 0.0f) / 4095.0f;
		if(voltage > 1.5f)//光线暗
		{
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);
		}
		else//光线亮
		{
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);
		}
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

示例：定时器触发ADC

	HAL_TIM_Base_Start(&htim3);//启动TIM3
	HAL_ADC_Start(&hadc1);//启动ADC
  while (1)
  {
		//1.等待转换结束
		HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,HAL_MAX_DELAY);
		//2.读取转换结果
		uint32_t dr = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
		//3.将结果转换成电压
		float voltage = dr * (3.3f - 0.0f) / 4095.0f;
		//4.串口发送出去
		char buffer[32];
		sprintf(buffer,"%.3f\n",voltage);
		HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)buffer,strlen(buffer), HAL_MAX_DELAY);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}