SRM32（8）——ADC和DAC

1、ADC简介

        STM32 拥有 1~3 个 ADC（STM32F101/102 系列只有 1 个 ADC）STM32F103至少拥有2个ADC，STM32F103ZE包含3个ADC，这些 ADC 可以独立使用，也可以使用双重模式（提高采样率）。STM32 的 ADC 是 12 位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有 18 个通道，可测量 16 个外部和 2 个内部信号源。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（12位）存储在 16 位数据寄存器中。模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。

   

      STM32的ADC最大转换率为1HZ，也就是转换时间为 1us（在 ADCCLK=14M,采样周期为 1.5 个 ADC 时钟下得到），不要让 ADC 的时钟超过 14M，否则将导致结果准确度下降。否则将导致结果准确度下降。

      STM32 将 ADC 的转换分为 2 个通道组：规则通道组和注入通道组。规则通道相当于你正常运行的程序，而注入通道呢，就相当于中断。在你程序正常执行的时候，中断是可以打断你的执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换， 在注入通道被转换完成之后，规则通道才得以继续转换。

       STM32 的单次转换模式下的相关设置，使用库函数的函数来设定使用 ADC1 的通道 1 进行 AD 转换。这里需要说明一下，使用到的库函数分布在 stm32f10x_adc.c 文件和 stm32f10x_adc.h 文件中。其详细设置步骤：

1.1 开启 PA 口时钟和 ADC1 时钟，设置 PA1 为模拟输入

    STM32F103ZET6 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。

1.2 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);

1.3 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，下面我们看看其定义：

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)；

　　从函数定义可以看出，第一个参数是指定 ADC 号。这里我们来看看第二个参数，跟其他外设初始化一样，同样是通过设置结构体成员变量的值来设定参数。

typedef struct
{
uint32_t ADC_Mode; //设置 ADC 的模式  独立模式，注入同步模式
FunctionalState ADC_ScanConvMode;   //设置是否开启扫描模式
FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; //设置是否开启连续转换模式
uint32_t ADC_ExternalTrigConv;    //设置启动规则转换组转换的外部事件   
uint32_t ADC_DataAlign;   //设置 ADC 数据对齐方式是左对齐还是右对齐             
uint8_t ADC_NbrOfChannel; //设置规则序列的长度 
}ADC_InitTypeDef; 
初始化范例：
　　ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
　　ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;  //ADC 工作模式:独立模式
　　ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;  //AD 单通道模式
　　ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;  //AD 单次转换模式
　　ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; 　　//转换由软件而不是外部触发启动
　　ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;  //ADC 数据右对齐
　　ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;  //顺序进行规则转换的 ADC 通道的数目 1
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);  //根据指定的参数初始化外设 ADCx  

1.4 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。 

        使能指定的 ADC 的方法是：

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);  //使能指定的 ADC1

　　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);    //开始指定 ADC1 的校准状态

　　记住，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。下面我们一一列出复位校准和 AD 校准的等待结束方法：

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));  //等待复位校准结束
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));    //等待校 AD 准结束

1.5 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。这里设置规则序列通道以及采样周期的函数是：

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel,uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)；

　　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);//使能指定的 ADC1 的软件转换

　　启动功能开启转换之后，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 ADC1 的转换是否结束，方法是：

while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束

1.6 通过以上几个步骤的设置，我们就能正常的使用 STM32 的 ADC1 来执行 AD 转换操作

/** 初始化ADC
 * 这里我们仅以规则通道为例
 * 我们默认将开启通道0~3    
 */
void Adc_Init(void)
{ 
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1 , ENABLE );     //使能ADC1通道时钟
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //设置ADC分频因子6   72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M
    
    //PA1 作为模拟通道输入引脚 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;        //模拟输入引脚
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    
    
    ADC_DeInit(ADC1); //复位ADC1,将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值
    
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;    //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;    //模数转换工作在单通道模式
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;    //模数转换工作在单次转换模式
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;    //转换由软件而不是外部触发启动
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;    //ADC数据右对齐
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;    //顺序进行规则转换的ADC通道的数目
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);    //根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器 
    
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);        //使能指定的ADC1    
    ADC_ResetCalibration(ADC1);    //使能复位校准 
    
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));    //等待复位校准结束
    
    ADC_StartCalibration(ADC1);        //开启AD校准
 
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));     //等待校准结束
    
}
       
     
//获得ADC值
//ch:通道值 0~3
u16 Get_Adc(u8 ch) 
{
      //设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );    //ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期                  
  
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);        //使能指定的ADC1的软件转换启动功能    
     
    while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束

    return ADC_GetConversionValue(ADC1);          //返回最近一次ADC1规则组的转换结果
}


u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
    u32 temp_val=0;
    u8 t;
    for(t=0;t<times;t++)
    {
        temp_val+=Get_Adc(ch);
        delay_ms(5);
    }
    return temp_val/times;
}　

 补充 （STM32的内部温度传感器）：

        STM32 有一个内部的温度传感器，可以用来测量 CPU 及周围的温度(TA)。该温度传感器在内部和 ADCx_IN16 输入通道相连接，此通道把传感器输出的电压转换成数字值。温度传感器模拟输入推荐采样时间是 17.1μs。STM32 的内部温度传感器支持的温度范围为：-40~125度。精度比较差，为±1.5℃左右。

STM32 内部温度传感器的使用很简单，只要设置一下内部 ADC，并激活其内部通道就差不多了 。

STM32 内部温度传感器使用的步骤了，如下：

       （1）设置 ADC，开启内部温度传感器。

ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //开启内部温度传感器功能:

　　（2）读取通道 16 的 AD 值，计算结果。

在设置完之后，我们就可以读取温度传感器的电压值了

//初始化ADC
//这里我们仅以规则通道为例
//我们默认将开启通道0~3    
void T_Adc_Init(void) //ADC通道初始化
{
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1    , ENABLE );     //使能GPIOA,ADC1通道时钟
  
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //分频因子6时钟为72M/6=12MHz

       ADC_DeInit(ADC1); //将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值
 
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;    //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;    //模数转换工作在单通道模式
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;    //模数转换工作在单次转换模式
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;    //转换由软件而不是外部触发启动
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;    //ADC数据右对齐
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;    //顺序进行规则转换的ADC通道的数目
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);    //根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器

    ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //开启内部温度传感器
    
 
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);    //使能指定的ADC1

    ADC_ResetCalibration(ADC1);    //重置指定的ADC1的复位寄存器

    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));    //获取ADC1重置校准寄存器的状态,设置状态则等待

    ADC_StartCalibration(ADC1);     //

    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));        //获取指定ADC1的校准程序,设置状态则等待
}
u16 T_Get_Adc(u8 ch) 
    {
 
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );    //ADC1,ADC通道3,第一个转换,采样时间为239.5周期                  
 
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);        //使能指定的ADC1的软件转换启动功能
    while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);    //返回最近一次ADC1规则组的转换结果
    }

//得到ADC采样内部温度传感器的值
//取10次,然后平均
u16 T_Get_Temp(void)
    {
    u16 temp_val=0;
    u8 t;
    for(t=0;t<10;t++)
        {
        temp_val+=T_Get_Adc(ADC_Channel_16);     //TampSensor
        delay_ms(5);
        }
    return temp_val/10;
    }

 //获取通道ch的转换值
//取times次,然后平均
u16 T_Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
    u32 temp_val=0;
    u8 t;
    for(t=0;t<times;t++)
    {
        temp_val+=T_Get_Adc(ch);
        delay_ms(5);
    }
    return temp_val/times;
}

2、DAC简介

        STM32 的 DAC 模块(数字/模拟转换模块)是 12 位数字输入，电压输出型的DAC。DAC 可以配置为 8 位或 12 位模式，也可以与 DMA 控制器配合使用。DAC工作在 12 位模式时，数据可以设置成左对齐或右对齐。DAC 模块有 2 个输出通道，每个通道都有单独的转换器。在双DAC 模式下，2 个通道可以独立地进行转换，也可以同时进行转换并同步地更新 2 个通道的输出。DAC 可以通过引脚输入参考电压 VREF+以获得更精确的转换结果。

TM32 的 DAC 模块主要特点有：

①  2 个 DAC 转换器：每个转换器对应 1 个输出通道 

②  8 位或者 12 位单调输出 

③  12 位模式下数据左对齐或者右对齐 

④  同步更新功能 

⑤  噪声波形生成 

⑥  三角波形生成 

⑦  双 DAC 通道同时或者分别转换

⑧  每个通道都有 DMA 功能 

使用库函数的方法来设置 DAC 模块的通道 1 来输出模拟电压，其详细设置步骤如下：

2.1 开启 PA 口时钟，设置 PA4 为模拟输入。

       STM32F103ZET6 的 DAC 通道 1 在 PA4 上，所以，我们先要使能 PORTA 的时钟，然后设置 PA4 为模拟输入。DAC 本身是输出，但是为什么端口要设置为模拟输入模式呢？因为一旦使能 DACx 通道之后，相应的 GPIO 引脚（PA4 或者 PA5）会自动与 DAC 的模拟输出相连，设置为输入，是为了避免额外的干扰。

使能 GPIOA 时钟：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );    //使能 PORTA 时钟

　　设置 PA1 为模拟输入只需要设置初始化参数即可：

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;        //模拟输入

2.2 使能 DAC1 时钟

同其他外设一样，要想使用，必须先开启相应的时钟。 STM32 的 DAC 模块时钟是由 APB1提供的，所以我们调用函数 RCC_APB1PeriphClockCmd()设置 DAC 模块的时钟使能。 

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE );    //使能 DAC 通道时钟

3.3 初始化 DAC,设置 DAC 的工作模式　　

      该部分设置全部通过 DAC_CR 设置实现，包括：DAC 通道 1 使能、DAC 通道 1 输出缓存关闭、不使用触发、不使用波形发生器等设置。这里 DMA  初始化是通过函数 DAC_Init 完成的：

void DAC_Init(uint32_t DAC_Channel, DAC_InitTypeDef* DAC_InitStruct)

       参数设置结构体类型 DAC_InitTypeDef 的定义：　　

typedef struct
{
uint32_t DAC_Trigger; //设置是否使用触发功能
uint32_t DAC_WaveGeneration; //设置是否使用波形发生
uint32_t DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude; //设置屏蔽/幅值选择器，这个变量只在使用波形发生器的时候才有用
uint32_t DAC_OutputBuffer;  //设置输出缓存控制位
}DAC_InitTypeDef;

　　实例代码：

DAC_InitTypeDef DAC_InitType;
DAC_InitType.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None;  //不使用触发功能  TEN1=0
DAC_InitType.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;//不使用波形发生
DAC_InitType.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude = DAC_LFSRUnmask_Bit0;
DAC_InitType.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Disable ;  //DAC1 输出缓存关闭 
DAC_Init(DAC_Channel_1,&DAC_InitType);    //初始化 DAC 通道 1

2.4 使能 DAC 转换通道　　

初始化 DAC 之后，理所当然要使能 DAC 转换通道，库函数方法是：

DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);   //使能 DAC1

2.5 设置 DAC 的输出值　

       通过前面 4 个步骤的设置，DAC 就可以开始工作了，我们使用 12 位右对齐数据格式，所以我们通过设置 DHR12R1，就可以在 DAC 输出引脚（PA4）得到不同的电压值了。库函数的函数是：

DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0);      //左对齐

　   第一个参数设置对齐方式，可以为 12 位右对齐 DAC_Align_12b_R，12 位左对齐DAC_Align_12b_L 以及 8 位右对齐 DAC_Align_8b_R 方式。

       第二个参数就是 DAC 的输入值了，这个很好理解，初始化设置为 0。　

      这里，还可以读出 DAC 的数值，函数是：

DAC_GetDataOutputValue(DAC_Channel_1);

//DAC通道1输出初始化
void Dac1_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    DAC_InitTypeDef DAC_InitType;
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );     //使能PORTA通道时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE );     //使能DAC通道时钟
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;                 // 端口配置
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;          //模拟输入
     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4)    ;//PA.4 输出高
    
    DAC_InitType.DAC_Trigger=DAC_Trigger_None;    //不使用触发功能 TEN1=0
    DAC_InitType.DAC_WaveGeneration=DAC_WaveGeneration_None;//不使用波形发生
    DAC_InitType.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude=DAC_LFSRUnmask_Bit0;//屏蔽、幅值设置
    DAC_InitType.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable ;    //DAC1输出缓存关闭 BOFF1=1
    DAC_Init(DAC_Channel_1,&DAC_InitType);     //初始化DAC通道1
    
    DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); //使能DAC1
    DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0); //12位右对齐数据格式设置DAC值
}


//设置通道1输出电压
//vol:0~3300,代表0~3.3V
void Dac1_Set_Vol(u16 vol)
{
    float temp=vol;
    temp/=1000;
    temp=temp*4096/3.3;
    DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,temp);//12位右对齐数据格式设置DAC值
}