独立模式单通道采集

CKS32F107xx系列产品提供2个12位的模拟/数字转换器(ADC)，每个ADC共用多达16个外部通道，各通道的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。

A/D转换器的供电和参考电压

为了提高转换的精确度，ADC使用一个独立的电源供电，其电源引脚为VDDA和VSSA，从而过滤和屏蔽来自印刷电路板上的毛刺干扰。在进行硬件设计的时候，VDDA和VSSA必须分别连接到VDD和VSS。对于100脚封装的，为了确保输入为低压时获得更好精度，用户可以连接一个独立的外部参考电压ADC到VREF+和VREF-脚上，其中，VREF-引脚必须连接到VSSA，而VREF+的电压范围为2.4V～VDDA。对于64引脚封装的，没有VREF+和VREF-引脚，他们在芯片内部与ADC的电源(VDDA)和地(VSSA)相联。

ADC转换时间

ADC输入时钟ADC_CLK由PCLK2 经过分频产生，最大是14M，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。一般我们设置PCLK2=HCLK=72M。ADC使用若干个ADC_CLK周期对输入电压采样，采样周期数目可以通过ADC_SMPR1和 ADC_SMPR2寄存器中的SMP[2:0]位更改。每个通道可以分别用不同的时间采样。 总转换时间如下计算：TCONV=采样时间+12.5个周期。例如当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5周期，则总的转换时间TCONV=1.5+12.5=14周期=1us。

ADC数据寄存器

ADC转换完成后的数据输出寄存器。根据转换组的不同，规则组的完成转换的数据输出到ADC_DR寄存器，注入组的完成转换的数据输出到ADC_JDRx寄存器。假如是使用双重模式，规则组的数据也是存放在ADC_DR寄存器。ADC规则组数据寄存器ADC_DR是一个32位的寄存器，独立模式时只使用到该寄存器低16位保存ADC1/2的规则转换数据。在双ADC模式下，高16位用于保存ADC2转换的数据，低16位用于保存ADC1转换的数据。因为ADC的精度是12位的，ADC_DR寄存器无论高16位还是低16位，存放数据的位宽都是16 位的，所以允许选择数据对齐方式。由ADC_CR2寄存器的ALIGN位设置数据对齐方式，可选择：右对齐或者左对齐。如果使用多通道转换，那么这些通道的数据 也会存放在ADC_DR里面，按照规则组的顺序，上一个通道转换的数据，会被下一个通道转换的数据覆盖掉，所以当通道转换完成后要及时把数据取走。比较常用的方法是使用DMA模式。当规则组的通道转换结束时，就会产生DMA请求，这样就可以及时把转换的数据搬运到用户指定的目的地址存放。注意：只有ADC1可以产生DAM请求，而由ADC2转换的数据可以通过双ADC模式，利用ADC1的 DMA功能传输。

ADC中断

ADC中断可分为三种：规则组转换结束中断、注入组转换结束中断、设置了模拟看门狗状态位中断。它们都有独立的中断使能位，分别由ADC_CR 寄存器的EOCIE、JEOCIE、AWDIE位设置，对应的标志位分别是EOC、JEOC、AWD。

ADC初始化结构体详解

ADC_InitTypeDef结构体用于设置ADC的工作参数，并由标准库函数ADC_Init()调用这些设定参数进入设置外设相应的寄存器，达到配置外设工作环境的目的。其具体的定义如下：

typedef struct
{  
    uint32_t ADC_Mode;                       
    FunctionalState ADC_ScanConvMode;       
    FunctionalState ADC_ContinuousConvMode;  
    uint32_t ADC_ExternalTrigConv;            
    uint32_t ADC_DataAlign;                  
    uint8_t ADC_NbrOfChannel;              
}ADC_InitTypeDef;

ADC_Mode：配置ADC的模式，当使用一个ADC时是独立模式，使用两个ADC 时是双模式，在双模式下还有很多细分模式可选，具体配置ADC_CR1:DUALMOD位。

ScanConvMode：可选参数为ENABLE和DISABLE，配置是否使用扫描。如果是单通道AD转换使用DISABLE，如果是多通道AD转换使用ENABLE，具体配置 ADC_CR1:SCAN位。

ADC_ContinuousConvMode：可选参数为 ENABLE 和 DISABLE，配置是启动自动连续转换还是单次转换。使用ENABLE配置为使能自动连续转换；使用 DISABLE 配置为单次转换，转换一次后停止需要手动控制才重新启动转换，具体配置 ADC_CR2:CON位。

ADC_ExternalTrigConv：外部触发选择，ADC有很多外部触发条件，可根据项目需求配置触发来源。实际上，我们一般使用软件自动触发。

ADC_DataAlign：转换结果数据对齐模式，可选右对齐ADC_DataAlign_Right 或者左对齐ADC_DataAlign_Left。

ADC_NbrOfChannel：AD转换通道数目，根据实际设置即可。具体的通道数和通道的转换顺序是配置规则序列或注入序列寄存器。

CKS32F103XX ADC单通道采集实验

本实验使用规则组单通道的单次转换模式，并且通过软件触发，即由ADC_CR2寄存器的SWSTART位启动。下面讲解其详细设置步骤：

1） 开启PA口时钟和ADC1时钟，设置PA1为模拟输入。

CKS32F107xx的ADC通道1在PA1上，所以，我们先要使能PORTA的时钟和ADC1时钟，然后设置PA1为模拟输入。使能GPIOA和ADC时钟用RCC_APB2PeriphClockCmd函数，设置 PA1的输入方式，使用GPIO_Init函数即可。

2） 复位 ADC1，同时设置 ADC1 分频因子。 

开启ADC1时钟之后，我们要复位ADC1，将ADC1的全部寄存器重设为缺省值之后我们 就可以通过RCC_CFGR设置ADC1的分频因子。分频因子要确保ADC1的时钟（ADCCLK）不要超过14Mhz。这个我们设置分频因子位6，时钟为72/6=12MHz,库函数的实现方法是: 

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

ADC 时钟复位的方法是：

ADC_DeInit(ADC1)；

3） 初始化ADC1参数，设置ADC1的工作模式以及规则序列的相关信息。 

在设置完分频因子之后，我们就可以开始 ADC1 的模式配置了，设置单次转换模式、触发方式选择、数据对齐方式等都在这一步实现。同时，我们还要设置ADC1规则序列的相关信息，我们这里只有一个通道，并且是单次转换的，所以设置规则序列中通道数为1。这些在库函数中是通过函数ADC_Init实现的。

4） 使能ADC并校准。 

在设置完了以上信息后，我们就使能AD转换器，执行复位校准和AD校准，注意这两步 是必须的！不校准将导致结果很不准确。 使能指定ADC的方法是：

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

执行复位校准的方法是：

ADC_ResetCalibration(ADC1);

执行ADC校准的方法是：

ADC_StartCalibration(ADC1);

每次进行校准之后要等待校准结束。这里是通过获取校准状态来判断是否校准是否结束。等待复位校准结束函数为：

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

等待AD校准结束函数为：

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

5）读取ADC值。 

在上面的校准完成之后，ADC就算准备好了。接下来我们要做的就是设置规则序列1里面的通道，采样顺序，以及通道的采样周期，然后启动ADC转换。在转换结束后，读取ADC 转 换结果值就是了。我们这里是规则序列中的第1个转换，同时采样周期为239.5，所以设置为：

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );

软件开启ADC转换的方法是：

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

开启转换之后，就可以获取转换ADC转换结果数据，方法是：

ADC_GetConversionValue(ADC1);

同时在AD转换中，我们还要根据状态寄存器的标志位来获取AD转换的各个状态信息。库函数获取AD转换的状态信息的函数是：

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG)；

比如我们要判断ADC1d的转换是否结束，方法是： 

while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));

通过以上几个步骤的设置，我们就能正常的使用CKS32F107xx的ADC1来执行AD转换操作了。

01、引言

很多 STM32 系列中的 ADC 都带有自校准的功能。它提供了一个自动校准的过程，用于驱动包括 ADC 上电/掉电序列在内的所有校准动作。在这个过程中，ADC 计算出一个校准因子，并在内部应用到此 ADC 模块，直到下一次 ADC 掉电。在执行任何 ADC 操作之前必须校准，以消除芯片之间 ADC 结果的偏差。

02、问题

2.1. 问题详情

客户使用 STM32U575ZIT6Q 验证 ADC4 时，使用 STM32CubeMX 配置后生成工程项目。因为使用 ADC 进行采样转换前，必须要做 ADC 的自校准。于是在 main 函数中加入自校准代码，如图 1 所示。

图1.代码：ADC 自校准

然而，在运行代码的情况下，发现 PC 指针最后跑到这个 Calibration Error 的Error_Handler()里。也就是说，执行自校准失败了！ 

再检查进入 Error_Handler()发生的问题，发现在执行HAL_ADCEx_Calibration_Start()时陷在了下面这个 Loop 当中，如图 2 所示。

图2.代码：等待 ADC 自校准完成

也就是说，ADCAL 位被置 1 后，始终没有被硬件清 0，代表自校准始终不成功。

2.2. 问题分析

查看 STM32U5 的参考手册 RM0456 中关于自校准的描述。考虑到校准没有成功，那么应该看看是不是自校准需要哪些条件，而这些条件并没有成立。 

于是，在 ADC 章节中的 Calibration 小节找到了这么一段话，如图 3 所示。

图3.ADC 自校准要求条件

也就是说，在初始化自校准之前，需要保证 3 个条件： 

1) ADC 的电压调整器已经使能并正常工作（ADVREGEN = 1 且 LDORDY =1） 

2) ADC 没有打开（ADEN=0） 

3) 自动掉电模式没有使能（AUTOFF = 0） 

回到刚才等待 ADC 自校准完成的代码，当指针停留到这边时，在线调试检查各个标志位情况，发现 ADVREGEN=1，ADEN=0，AUTOFF=0，LDORDY=0。所以，可以肯定的是就是 LDORDY 不为 1，也就是说 ADC 的电压调整器还没有准备好，导致了自校准无法成功并退出。 

在 STM32U5 中，引入了一个新的 ADC 特性，叫 ADC 电压调整器（ADC voltageregulator）。在使用 ADC 之前，这个电压调整器必须被使能并且能够稳定工作。可以通过将 ADC_CR 寄存器中的 ADVREGEN 位置 1 来使能它，然后必须要等这个电压调整器的启动时间之后，才可以正常启动自校准或者使用 ADC。这个 LDO 有没有准备好，可以通过 ADC_ISR 寄存器中的 LDORDY 这个位来判断。LDORDY=1 才代表了 LDO 已经准备好了。 

回到客户的问题，可以知道即使 ADVREGEN 置 1 了，LDORDY 始终没有置起来，电压调整器没有启动工作，难道是 ADC 的这个电压调整器坏掉了？ 

别急，想到电源的问题，还不能忘了参考手册的另一个章节 ：电源控制 PWR。翻到PWR 这一章，先要考虑到，与 ADC 相关的电源为 VDDA，所以要重点查看 VDDA 的内容。找到 Independent analog peripherals supply 这一小节，可以看以下关键的句子，如图 4。

图4.独立的模拟外设供电

从图中黄色高亮的文字，我们可以了解到，STM32U5 的 VDDA 在控制上还跟其他系列不一样，它有一个开关来选择是否隔离。芯片复位后，VDDA 提供的 ADC 和模拟开关控制在逻辑和电气上是隔离的，因此不可用。一旦 VDDA 电源存在，就必须在使用模拟外设之前，通过在 PWR_SVMCR 寄存器中将 ASV 置位来消除隔离。也就是说，要想使用ADC，必须先将 ASV 置位来消除隔离。 

在 PWR_SVMCR 寄存器的解释中，也可以看到 ASV 位的描述中要求将此位强制置 1才可以使用模拟外设，如图 5。

图5.ASV 位描述

ASV 的配置是没有在 STM32CubeMX 中进行配置的，所以需要在后期添加。所以，很可能就是因为没有将 ASV 置位以使能 VDDA，导致 ADC 外设被隔离，并没有得到供电，所以 ADC 的电压调整器不可能正常工作，LDORDY 也不可能为 1。

03、问题解决

在工程项目中搜索 ASV，可以找到两个 API，如图 6。

图6.VDDA 使能或禁用 API

也就是说，我们需要先将 HAL_PWREx_EnableVddA()添加到代码中。因为其属于MSP 硬件配置，所以将其加到 HAL_MspInit()函数，如图 7 所示。

图7.修改过的 HAL_MspInit()函数

再重新编译，然后执行指令代码，就可以看到 ADC 的自校准可以正常完成，PC 指针已经可以正常跑到自校准后面的代码了。

04、小结

在 STM32U5 中，为了更好地控制功耗，ADC 中加入电压调整器和 VDDA 隔离功能。这与以往的 STM32 有所不同，需要注意一下。使用 ADC 等模拟外设前，需要注意将PWR_SVMCR 寄存器中将 ASV 置位来消除隔离。 

其实不仅仅是 VDDA 可以隔离，VDDIO2 也是可以的，通过 PWR_SVMCR 寄存器的IO2SV 位进行控制。

如果仔细看过 STM32U5 的 ADC 例程，可以看到 HAL_MspInit()的内容是这么写的，如图 8 所示。

图8.例程的 HAL_MspInit()函数

可以看到，在 MSP 初始化里，不仅使能了 VDDA，还使能了 VDDIO2。所以要使用VDDIO2 相关 I/O 的，也需要注意一下。

• 时钟及状态，由数字和模拟时钟两个部分组成
• 支持分辨率为12位的转换，采样周期支持广范围的配置
• 自校准，自带校准功能以纠正数据偏移
• 基本模式，支持多种模式，不同模式可组合使用满足多种应用
• 不同优先权的通道，普通通道与抢占通道具备不同的优先权
• 多种独立的触发源，包括TMR、EXINT、软触发等多种触发选择
• 数据后级处理，包括数据的对齐，抢占通道偏移量等多种处理
• 过采样器，普通及抢占通道均支持过采样
• 电压监测，通过对转换结果的判定来实现电压监测
• 中断及状态事件，具备多种标志指示ADC状态，且某些标志还具备中断功能
• 多种转换数据的获取方式，包括DMA获取、CPU获取两种方式实现转换数据的读取

引言

MindSDK为MM32主流的微控制器，实现了一组ADC样例工程。本文通过讲解ADC模块的样例工程，介绍ADC模块的功能和用法。关于ADC模块对应的驱动程序，以及ADC外设模块硬件的实现细节，可具体查阅MindSDK工程的源文件，以及MM32微控制器（例如MM32F5270）的用户手册。

样例工程

MindSDK中为ADC驱动设计的样例工程包括：

• adc_basic

• adc_interrupt

• adc_dma

• adc_seq

• adc_fixed_seq

• adc_ext_seq

• adc_awdg

• adc_oversample

• adc_sw_write_calib

其中， adc_baic 、 adc_interrupt 、 adc_dma 分别演示了ADC最典型的功能，包括通过轮询、中断、DMA来获取一个ADC转换通道的转换结果。adc_awdg 来展现ADC模拟看门狗的功能， adc_seq 、 adc_fixed_seq 、 adc_ext_seq 则展现ADC按照不同的转换序列来进行转换。还有一些用于特殊场景的功能，例如通过软件写入校准值，以及硬件实现的多次采样取平均值、基本滤波等。

adc_basic

adc_basic 描述了使用ADC模块最基本的方式，通过轮询方式对一个通道进行转换，并获取通道的转换值。在样例工程中，通过 ADC_Init() 函数，配置ADC数据有效数据位 ADC_Resolution_Alt0 ，ADC的转换模式为单通道单次转换模式 ADC_ConvMode_SingleSlot 、转换数据对其方式为右对齐 ADC_Align_Right 、通道转化结果通过单端转换方式，将通道与ADC内部参考电压VREF的差数字量化后输出 ADC_SingleDiffConvMode_SingleEnd 、配置单端转换方式的参考电压为内部参考电压 ADC_SingleConvVref_Internal ，配置待转换通道的序列和每个转换通道的采样周期。之后，每次通过 ADC_DoSwTrigger() 函数，使用软件触发的方式启动ADC转换。

实际运行程序时，用户在串口调试终端中每次输入任意字符，改变转换通道的输入电压，会看到串口终端界面对应数值的变化。

adc_interrupt

adc_interrupt 相对于 adc_basic 样例工程，实现了ADC转换完成后触发中断服务，在中断服务中获取转换值的用法。

其实现原理，是在 adc_basic 的配置的基础上，通过 ADC_EnableInterrupts() 函数和 NVIC_EnableIRQ()函数 开启ADC的中断。当ADC转换通道完成转换后，就进入中断服务函数。

实际运行程序时，用户在串口调试终端每次输入任意字符，改变转换通道的输入电压，会看到串口终端界面对应数值的变化。

adc_dma

adc_dma 在 adc_basic 的基础上增加对DMA外设模块的使用。在应用层 app_adc_init() 函数中添加对DMA通道的配置，通过 DMA_InitChannel() 函数， DMA_XferMode_PeriphToMemory 配置传输方向为外设到内存、 MemAddr 和 PeriphAddr 配置内存和外设地址、 MemAddrIncMode 和 PeriphAddrIncMode 配置内存和外设的增量模式、 XferCount 传输的数据量、 DMA_ReloadMode_AutoReloadContinuous 自动重载传输量、 DMA_XferWidth_32b 以32位的数据进行传输。外设映射的DMA通道初始配置完成后，通过 DMA_EnableChannel() 函数使能DMA通道，通过 NVIC_EnableIRQ() 和 DMA_EnableChannelInterrupts() 函数开启DMA中断。之后，每次通过 ADC_DoSwTrigger() 函数触发ADC开始转换，当转换完成后DMA开始搬运，当DMA搬运完成后进入中断服务函数，以此循环往复。

实际运行程序时，用户在串口调试终端中每次输入任意字符，改变转换通道的输入电压，会看到串口终端界面对应数值的变化。

adc_fixed_seq

adc_fixed_seq 在 adc_dma 样例的基础上，将转换的ADC通道由一个通道，设置为多个通道形成一个序列来进行转换，当序列转换完成后，就停止转换。通过 ADC_EnableSeqSlotFixed() 函数来配置转换序列的顺序为有低到高的顺序进行转换。DMA将ADC每个通道数据搬运到指定内存。通过在循环中调用 ADC_DoSwTrigger() 函数来进行一个序列的多次转换。或者通过 ADC_ConvMode_SeqContinues 启用序列的连续转换模式。通过 ADC_DoSwTrigger() 函数可以停止序列转换。

实际运行程序时，用户在串口调试终端中每次输入任意字符，改变配置的转换序列中每个通道的输入电压值，会看到串口调试终端界面对应数值变化。

adc_seq

adc_seq 与 adc_fixed_seq 样例的不同之处在于， adc_fixed_seq 样例只能实现一个由高到低或者由低到的通道转换序列进行转换，例如ch0-ch1-ch3或者ch3-ch1-ch0的转换顺序。adc_seq 样例则实现任意通道序列的转换，例如ch3-ch0-ch5,任意的序列。通过ADC_EnableSeqSlot () 函数配置具体的转换序列。ADC根据配置的转换序列开始进行转换。当序列转换完成后，停止转换。可以重复的调用 ADC_DoSwTrigger() 开启下一个序列的转换，一次循环往复。或者通过 ADC_ConvMode_SeqContinues 启用序列的连续转换模式。通过 ADC_DoSwTrigger() 函数可以停止序列转换。

实际运行程序时，用户在串口调试终端中每次输入任意字符，改变转换通道的输入电压，会看到串口终端界面对应数值的变化。

adc_ext_seq

adc_ext_seq 实现在当前任意序列转换过程中插入额外的序列，当插入额外的序列时，当前任意序列中正在转换的通道完成，将切换到插入的序列中进行转换，当转换完成后在继续之前任意序列中剩余通道的转换。通过 ADC_EnableExtSeqSlot() 函数配置额外的序列。例如当前任意序列为ch3-ch0-ch5,额外的序列为ch1-ch4。ADC_EnableAutoExtSeqSlot() 函数开启自动注入模式，即任意序列转换完成后，开启注入通道的转换，转换额外的序列。这种注入模式增加了整个序列的长度。当一个完整序列转换完成后，停止转换，调用 ADC_DoSwTrigger() 函数来进行一个序列的多次转换。或者通过 ADC_ConvMode_SeqContinues 启用序列的连续转换模式。通过 ADC_DoSwTrigger() 函数可以停止序列转换。

实际运行时，用户在串口调试终端中每次输入任意字符，改变转换通道的输入电压，会看到串口终端界面对应数值的变化。

adc_awdg

adc_awdg 在 adc_basic 的基础上增加对转换结果进行监控，通过 ADC_EnableHwComp() 函数配置需要监控的转换通道 ChnNum 、设置的上限值 HighLimit 和下限值 LowLimit ，可以根据上限值和下限值的大小关系设置监控范围，当上限值大于或等于下限值时，监控通道的转换值在两个阈值之外的数值，若开启中断则会进入中断服务函数；同理，当上限值小于下限值时，监控通道转换值在两个阈值之间的数值，若开启中断则会进入中断服务函数。之后，每次通过 ADC_DoSwTrigger() 函数，使用软件触发的方式启动ADC转换。

实际运行时，用户在串口调试终端中每次输入任意字符，改变转换通道的输入电压，当电压值满足监控区间时，会看到串口终端界面当前转换数据。

adc_oversample

adc_oversample 在 adc_seq 的基础上通过 ADC_SetOverSample()`函数启动硬件的过采样模式， ADC_OverSampleRatio_256 配置过采样率为256， ADC_OverSampleDataDiv_8 配置数据右移8位， ADC_OverSampleTriggerMode_Multi 配置为所有通道的过采样转换只需要进行一次触发。injectOverSampleMode 配置是否开启注入通道的过采样模式。之后，每次通过 ADC_DoSwTrigger() 函数，使用软件触发的方式启动ADC转换。

adc_sw_write_calib

adc_sw_write_calib 在 adc_basic 的基础上实现使用软件保存ADC的校准值，然后通过软件将校准值写入寄存器中。通过 ADC_GetCalibFactor() 函数获取校准值，通过 ADC_SetCalibFactor() 来写入校准值。

文档一：《 HPM6750_ADC_EVK_UG 》

该文档包含了HPM6750_ADC_EVK板的介绍，设计细节，使用方式，以及硬件设计图等内容。

文档二：《 HPM系列MCU高精度ADC性能评估与测试指南 》

该应用文档介绍ADC基本概念，介绍评估ADC性能的几个重要的指标，同时基于HPM6750_ADC_EVK对HPM6750IVM2 16位ADC进行性能测试，介绍测试标准和测试过程，附上测试结果。通过该应用文档，可以帮助使用者如何评估HPM系列ADC性能。

文档三：《 HPM系列MCU高精度ADC之误差分析和设计指南 》

该应用文档针对SAR ADC的测量误差的问题进行了深入探讨，通过深入分析这些因素，帮助设计者更好地理解ADC性能中的潜在瓶颈。文档提出了几种有效的方法，从而帮助设计者达到HPM系列MCU高精度ADC采样的目的。

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