АЦП (ADC) на stm32f103, Си и cmsis

 Аналого цифровой преобразователь (далее АЦП) является важным периферийным устройством в микроконтроллере т.к. аналоговые сигналы, наряду с цифровыми, часто используются. Примеров ситуаций при которых используются аналоговые сигналы можно привести много. Это например может быть какой нибудь датчик температуры, напряжения, токовый шунт, джойстик, резистивная кнопка и т.д. АЦП микроконтроллеров плохи тем что напряжения подаваемые на пин микроконтроллера часто небольшие (особенно для STM32 это 3.3В) а также тем что они могут уступать по быстродействию и/или разрядности специализированным микросхемам. Первый недостаток устраняется использованием резистивного делителя напряжения а второй тем что это не всегда имеет большое значение а также большим количеством настроек аппаратного АЦП данного микроконтроллера для управления точностью, скоростью и количеством каналов. Начать изучение АЦП микроконтроллеров STM32 желательно с чего нибудь простого. Например можно подключить к нему какой нибудь простой потенциометр и попытаться определить напряжение на среднем его выводе а результат выводить например по uart на пк и смотреть его в мониторе последовательного порта среды разработки Arduino IDE. Для начала нужно выбрать пин микроконтроллера к которому можно подключить средний вывод потенциометра. Для этого можно глянуть таблицу в даташите:

Если выбрать пин PA0 то дальше настройка потенциометра будет немного проще чем если выбрать другой пин. Т.к, при таком варианте, не нужно будет настраивать регистры SQR. Схема может быть например такой:

Сопротивление резистора может быть другим но главное чтобы оно не было слишком низким чтобы не сделать слишком большую нагрузку на цепи питания. Конденсатор нужен для уменьшения погрешности измерения путем ослабления помех. Как обычно для периферийных устройств для АЦП нужно включить тактирование, но только теперь помимо этого нужно установить делитель частоты т.к. АЦП не может работать на частоте более 14МГц. Чтобы например сделать деление на 8 нужно записать единицы в 14й и 15й биты регистра конфигурации тактирования.

Далее, как обычно (см. предыдущие уроки), настраивается тактирование периферийных устройств (GPIO, АЦП и UART) а также режимы работы GPIO (в данном случае пин PA0 настраивается на альтернативный вход) и UART1 настраивается на передачу.

Далее если бы использовался бы пин не PA0 а другой то тогда бы пришлось настраивать регистры SQR. В данном микроконтроллере этих регистров 3 штуки ADC_SQR1, ADC_SQR2 и ADC_SQR3. В биты 20-23 регистра ADC_SQR1 записывается количество измерений за один проход. АЦП в данном микроконтроллере не один и каналов АЦП больше одного а также АЦП дает погрешность для уменьшения которой может понадобиться усреднение значения с некоторого количества измерений. В остальные биты данных регистров, за исключением битов 24-31 регистра ADC_SQR1, записываются номера каналов на которых будут производиться измерения. Первый из них записывается в биты 0...4 регистра ADC_SQR3 далее записываются остальные каналы. Если регистр ADC_SQR3 заканчивается то далее аналогично продолжается запись в регистр ADC_SQR2. Если и ADC_SQR2 тоже заканчивается то далее заполняется регистр ADC_SQR1 до бита 20 т.к. с этого бита начинается запись количества каналов. Т.к. по умолчанию в этих регистрах нули то это означает что измерение будет проводиться один раз на нулевом канале поэтому в данном случае данные регистры можно не трогать.

Есть ещё регистр настройки времени выборки ADC_SMPR2

Можно пробовать изменять значение в этом регистре чтобы повлиять на точность измерений. Работа АЦП может быть запущена разными способами. Для установки запуска программным способом нужно в регистр в биты 17...19 регистра ADC_CR2 записать единицы. 

Также нужно установить бит 20 данного регистра в единицу для разрешения внешнего запуска.

Для включения АЦП, в единицу устанавливается бит 0 данного регистра.

Для запуска калибровки АЦП нужно установить бит 2 данного регистра. 

По окончании калибровки данный бит сам сброситься. Чтобы преждевременно не начать работу с АЦП можно организовать проверку данного бита в цикле.

Для запуска АЦП, устанавливается бит 22 данного регистра

Об окончании аналого цифрового преобразования свидетельствует бит 1 регистра ADC_SR

Теперь можно забрать результат преобразования из регистра данных ADC1_DR

Чтобы увидеть результат можно его преобразовать в символы и отослать по UART на компьютер. Полный код программы можно скачать из текстового поля:

#include "stm32f10x.h" int main(void) { RCC->CFGR |= 3<<14;//поделим частоту тактирования АЦП на 8 (2на6,1на4,0на2) (72/8=9,72/6=12,дальше нельзя т.к. частота не д.б.>14) RCC->APB2ENR |= (1<<14) | (1<<2) | (1<<9);//включаем тактирование UART1 (14), порта A (2), АЦП1 (9) GPIOA->CRH |= 0b1011<<4; // PA9 - выход 50МГц, push-pull, GPIOA->CRH &= 0b1011<<4; // альтернативная функция UART //Входной пин АЦП //можно не трогать т.к. подтяжка не нужна из за потенциометра USART1->BRR = 7500; // 72000000 Гц / 9600 бод = 7500 USART1->CR1 |= (1<<3) | (1<<13);//разблокировать UART(13), передачу(3) ADC1->CR2 |= 0b111<<17;//выбор программного запуска АЦП ADC1->CR2 |= 1<<20;//Разрешение внешнего запуска преобразования для регулярных каналов. ADC1->CR2 |= 1;//включить АЦП ADC1->CR2 |= 1<<2; // запуск калибровки while (!(ADC1->CR2 & (1<<2))){} // ожидание окончания калибровки while(1) { ADC1->CR2 |= 1<<22; // запуск АЦП while(!(ADC1->SR & 0b10)){} // ожидание АЦП int res = ADC1->DR; // забрать результат АЦП //разбить число из АЦП на символы и отправить по UART for(float i=1000;i>=1;i/=10) { while (!(USART1->SR & 0b10000000)){} //дождатся опустошения буфера отправки байта данных USART1->DR = (char)((char)(res/i)%10)+48; } while (!(USART1->SR & 0b10000000)){} //дождатся опустошения буфера отправки байта данных USART1->DR = '\n';//отправить перевод строки for(long i=0;i<1000000;i++){} // задержка } }

Данный урок в видеоформате можно посмотреть на видео:

КАРТА БЛОГА (содержание)