本文的主要目的是记录使用灵动微 MM32F0144C6P 芯片过程中遇到的 ADC 相关的问题以及知识点，主要参考官方 UM 手册、DS 本芯片的官方信息链接如下：https://www.mindmotion.com.cn/products/mm32mcu/mm32f/mm32f_value_line/mm32f0140/，基本资源已被覆盖。本文可分为以下章节：
- ADC 功能模块框图
- ADC 模块特性及参数指标
- ADC 功能描述和寄存器
- ADC 硬件抽象层驱动库函数
- ADC 采样电路
查看芯片的数据手册， MM32F0144C6P 这颗 MCU 内嵌了 1 个 12 位 SAR 型 ADC，并且具有 13 外部输入通道和 2 内部通道(包括温度传感器和温度传感器) BandGap 参考基准电压)。由于它是一个逐渐接近的模/数转换器，其内部电路结构应与下图相似：
SAR ADC 通常是 8 位到 18 中等分辨率应用的首选一般可以在几兆赫兹的最大采样率下运行。从上面的结构图可以看出，该模拟转换器分为 2 在某些部分，前端通过采样保持电路元件捕获接入的模拟电压信号，然后进入后端。输入的信号电压由转换器根据外部或内部的参考电压逐一进行比较用电容式 DAC 网络做这个连续的逐步比较工作，最后将比较得到的数据结果放 data register 采样转换工作已完成。具体的逐步比较涉及深入的内容，这里没有做太多的讨论，我根据理解将结构转换为示意图如下，一般电路结构应设计如下：
上面为 SAR ADC 一般结构，针对特定芯片 ADC 用户手册中可以使用功能框图 ADC 在章节中如下：
从图中得知，该 ADC 模块数字的组成部分包括：时钟源和外部通道IO、相关寄存器、转换结果和状态寄存器，如内部温度传感器和基准电压器件、参考电源电压、各种工作模式配置、触发源配置等。温度传感器通道在 ADC 的 AIN14 通道内部参考电压通道AIN15 通道上。
在用户手册中 ADC 章节中有一个主要的特征描述，我把内容提炼成白话该模块主要具有以下特点：
这是一个 12 逐渐接近型（SAR）模拟/数字转换器 (ADC)，最高支持 12 位可编程分辨率一般可以实际到达 10 - 11.5 位置已经很好了，可以通过转换后的数值评估；
有 13 和 2 用户手册上写着内部通道 14 路外通道和数据手册只开放 13 道路应以具体型号的数据手册为准；
ADC 工作时钟由 PCLK2 分频产生，最大输入时钟为 16MHz，此时，如果输入时钟超过保持和转换相关的工作顺序。如果输入时钟超过 16MHz 应导致内部时序紊乱；
支持最高为 1Msps 转换速率是指每个通道在转换后完成采样并保持实际数据的一系列工作频率。如果频繁转换超过此速率，则应获得不准确的数据；
支持普通通道、任何通道和注入通道 3 前面有不同的工作序列 2 者包含了 单次转换、单周期扫描和连续扫描模式，注入模式只支持自动注入模式和数据补偿配置，从 AIN0 到AIN12(或反向)等规则组模式，任何通道序列都是 N 将任何通道号放入序列中，注入序列只能跟随任何通道序列。当前任何通道序列转换完成后，注入组将自动转换；
软件可根据通道分别配置各通道的采样保持时间，最小限度为 2.5 个 ADC 时钟周期，这个保持时间需要特别注意哟，它直接影响采样保持电路中的电容充放电时间。如果配置不好，会影响实际转换的数据精度，内部通道一般需要最大限度地保持设计的影响；
A/D 转换的数据可以通过轮询或中断从相关数据寄存器中获取，普通道序列和任何通道序列中的通道也可以支持 DMA 传输通常用于需要高速转换的应用 DMA 通过检查传输 DMA 章节得知，ADC 可映射 DMA_CH1 和 DMA_CH2 根据两个通道SYSCFG_CFGR 寄存器配置去做切换；
A/D 转换开始的触发条件包括软件开关触发、外部中断信号触发和 TIM 不同的应用程序需要配置不同的触发条件，如匹配或更新事件 BLDC FOC 一般用于中国 TIM 的 CC4/CC5 去做触发采样；
具有模拟看门狗功能，可设置参与比较的指定通道、上下限值和指定通道转换的结果可以与指定的阈值范围进行比较，以实现对被测通道电压值的始终监测，并产生相应的中断，类似于模拟比较器。
以上是对整体特征的描述。让我们数据手册中查看 ADC 的一些参数指标：
根据这些数据表，参考电压来自电源脚 VDDA 和 VSSA ，且内部 VSSA 与 VSS 是连接在一起的，如果会的话 VDDA 与 VDD 单独供电，那么 VDDA 不能超过 VDD 保持电压和压差 100mV 内部。有效分辨率位数达到。 10.7 工程值可接受范围内的位置。应避免将反向电注入任何标准的模拟输入引脚 流动，因为它显著降低了另一个模拟输入引脚上正在进行的转换精度。肖特基二极管可以添加到可能产生反向注入电流的标准模拟引脚上（引脚与地面之间）。几乎所有的静态线性误差 8 个 LSB 精度比较高。
1. 中断
当配置中断功能时，中断事件发生后会产生相应的中断请求。不同的中断标志涉及不同的工作顺序和工作模式，具体包括以下状态标志：每个状态标志位都会相应事件发生后置位，同时发出中断请求给到 CPU ，如果正确配置并且开启 ADC 的 NVIC 通道那么就会产生中断响应，然后在响应服务函数中根据不同的标志位置位情况分别进行处理。这些标志位中，标注为 的表示可以写 “1” 清除。2. DMA 响应A/D 转换结果存储在数据寄存器 ADC_ADDATA 中，当多个通道连续转换时可以使用 DMA 访问保存数据，避免转换数据丢失，当然一个通道转换也是可以用 DMA的 ；DMA 使能开启后，当通道转换结束后将产生 DMA 请求，将转换数据从 ADC_ADDATA 寄存器传输到软件指定的目的地址；每个通道有对应的数据寄存器 ADC_ADDRn，可访问这些寄存器获取各通道转换结果，当然也可以将 ADC DMA 通道的源地址设置为 ADC_ADDRn ；ADC DMA 通道重映射（ADC DMA remap） 在 SYSCFG_CFGR Bit 8 中配置
- 0：ADC 的 DMA 功能映射到 DMA channel1
- 1：ADC 的 DMA 功能重映射到 DMA channel2
3. 时钟、分频、分辨率以及采样转换时间输入时钟与 APB2_CLK 同步，在使用 ADC 之前，需要先使能 RCC 控制器中的时钟使能控制位（RCC_APB2ENR 的 Bit 9）；ADC 预分频相关寄存器为 ADC_ADCFG 的 ADCPREH 和 ADCPREL，分频值为 (ADC_ADCFG [bit6~4,bit14]+2) ，分频后作为 ADC 工作时钟；ADC 转换分辨率可通过 ADC_ADCFG.RSLTCTL[2:0] 位配置，有效数据位默认是 12 位数据右对齐，也可以配成左对齐， 通过配置低分辨率可加快数据转换速率；采样转换频率计算公式 ： Fsample = Fadc_clk /(m+n+0.5) ，Fadc_clk 为 ADC 的工作时钟频率，m 为每个通道采样保持周期，不同通道可以有不同的采样保持周期，n 为分辨率，二者皆可通过相关寄存器改变配置。另外可通过该公式计算每个通道转换一次需要的时间 ： Tconv = （m+n+0.5） clk，取 n=12 bit，m = 3.5 clk ，Fadc_clk = 16 MHz ，则 1 clk = 1/16 us ，该通道转换一次的时间为 1/16 us * 16 = 1us 。4. 采样方式以及通道序列模式 单次采样方式，只对一个指定通道进行 A/D 转换，此时一个通道也称之为一个普通序列，对应 ST 的就是不使能连续模式且通道数为 1； 单周期扫描采样方式，将使能的通道按顺序（方向可正反改变）进行一次 A/D 转换，对应 ST 的就是不使能连续模式且通道数为 N； 连续扫描采样方式，循环单周期扫描采样的转换动作，对应 ST 的就是使能连续模式且通道数为 N； 普通规则通道序列，一个通道也可以自己组成一个序列； 任意通道序列，可以是同一个通道多次放置于一个任意序列中； 注入通道序列，前 2 种序列模式包含上述 3 种采样方式，而注入序列模式只包含自动注入，且只能与任意通道工作模式搭配工作。 下面是用户手册中描述的一些转换时序图，对于理解该模块工作的具体逻辑实现非常有帮助，里面告诉了我们在每个 ADC 时钟 clk 驱动下，什么时候开始采样，转换后的结果在什么时候被 DMA 搬运走，每个通道完成转换后 ADC 相关的标志位置位的具体时刻，等等一些有用信息：5. 通道选择和触发源选择 ADC 有 13 路外部输入通道 0~12、内部温度传感器通道 14 和内部 1.2V 参考电压通道 15； 可根据对应工作模式去配置通道选择寄存器从而进行不同方式的 A/D 转换，正常转换过程中也是可以进行切换通道的，只是不同模式下对切换通道的响应是不同的，这里就牵扯到一个影子寄存器的说法了，具体可以通过用户手册中查看详细描述； ADC 触发源可以是软件开关位，也还包括了定时器和外部事件，具体罗列在以下表中，不同源头的选择需要在初始化时进行不同配置，除软件触发外都需要额外开启外部触发位。6. 数据获取方式以及数据寄存器 可以通过以下几种方式进行转换结果的数据获取：
- 轮询，开启转换后等待转换完成标志位置位
- 中断，使能转换完成中断标志并且开启转换后等待自动触发中断
- DMA，使能对应 A/D 通道并且开启转换后等待每个通道转换完成后发出的 DMA 请求,转换数据自动搬运到 RAM 中
A/D 转换完成后，非注入通道转换结果存储在寄存器 ADC_ADDATA 中，CHANNELSEL 表示当前数据对应的非注入通道号，同步地还会单独保存在对应的ADC_ADDR0~15 通道数据寄存器中； 注入通道转换结果存储在寄存器 ADC_JADDATA 中，JCHANNELSEL 表示当前数据对应的注入通道号，同步地还会单独保存在对应的 ADC_JDR0~3 注入通道数据寄存器中。7. 数据对齐及补偿 通过配置 ADC_ADCR 寄存器中的 ALIGN 位，可以选择转换后数据储存为左对齐或右对齐； 非注入通道数据没有数据补偿，而注入通道道 转换数据带有数据补偿（ADC_JOFR0~3），因此它的结果可以是负值，SEXT 位是扩展的符号值（1 代表负数 ，0 代表正数）8. 内部通道 根据用户手册上的说明可知，内置的温度传感器仅用于检测器件内部的温度变化（TA），精度范围在正负 10 度以内，所以一般要求比较高的应用就还是用 NTC 等外部温传更为合理； 在得到正确的温度传感器通道数值后，通过以下公式进行计算温度工程值，它是根据出厂前校准的 25 度温度对应的通道数值反推的： 同样地，内部 1.2 V BandGap 参考电压在出厂前也被校准了，原厂将对应的校准 A/D 数值保存在内部 flash 中，通常可以通过此数据去反推当前 VDDA 电源电压值，如果认为板级的模拟电源 VDDA 电压较为精准且稳定，那么就可以去计算出实际的 1.2 V 参考电压到底为多少了，具体可以根据下面 2 个公式进行正算和反推：9. 寄存器表通过官方下载到库例程，ADC 模块硬件抽象层涉及到以下几个文档： 主要描述 ADC 模块在 MCU 中所处的存储地址以及寄存器和对应位的内容定义和偏移 主要声明 ADC 模块硬件抽象层驱动库接口 API 函数以及寄存器操作用到的数据类型定义 主要实现 ADC 模块硬件抽象层驱动库接口 API 函数 主要抽象出的接口函数如下，包括了初始化和反初始化、模块使能与禁止、标志位的获取和清除、中断的开启与禁止、通道的配置、内部通道开启与禁止、获取 ADC 转换数据、ADC DMA 开启与禁止、外部触发使能与禁止、任意通道的配置、注入通道的配置等等：简单说明 ADC 模块软件配置流程如下：
- ADC 对应通道的 IO 模式首先配置为模拟输入 ；
- 开启 ADC 在 RCC 中的时钟位 ；
- 初始化 ADC_InitStruct ，其中包含时钟分频数、分辨率、采样方式及模式、对齐方式、触发源选择、触发边沿、触发延时、采样保持周期等 ；
- 开启 ADC 模块 ；
- 根据不同的触发转换方式去触发 A/D 转换 ；
- 根据不同的获取数据方式判断标志位、清标志位以及读取数据寄存器，得到相应转换结果 。
先根据数据手册清楚每个采样通道是如何对应到 IO 上的：再根据手册中的阻抗匹配公式去做好采样匹配电路的设计： 一般情况下，不关心驱动能力和功耗的话，都采用经典的分压电路+RC 滤波匹配以及并上防倒灌的反向二极管即可，如上面的右上方，计算出 Rain = 8.6k + 2k ，采样保持时间可以选用 29.5 cycles （ADC 时钟为 15M 时），分压电阻最好同步调节到 几k 至 几十k 范围内，因为如果到 M 级别的话势必会增大外部输入阻抗导致不能有太快的采样率。另外，如果需要更高的采样精度、更低的功耗、更强的驱动能力，那采样电路在设计上最好加上一个低功耗的放大器作为一级跟随，用于阻抗匹配。不管哪种设计，都需要保证 VDDA 的精度要高且稳定，而且输入到 IO 内部的电压不能超过 VDDA 值。以下为加入运放的设计结构示意： 在实际工程应用中，遇到过一些问题：1. 有时候改变普通通道序列的正方向顺序，会改善转换结果，这点没有分析和找出根本原因所在 ；2. 在每次采样转换过程中，通道上引入的电压值波形会出现阶梯式地递减，在完成转换工作后恢复到原始值，这点不清楚是否符合设计原理 ；3. 用软件触发，ADC 循环模式工作并且触发 DMA 一直搬运数据，这种情况会有概率发生数据错序的问题，改用 TIM 触发 ADC 单周期采样然后进行 DMA 搬运。 希望走过路过的朋友们一起来探讨一下呀 作为回馈，我将自己私藏的宝贝《》中英文版资料分享给大家，希望能帮助大伙儿能够发挥出 MCU 内部 ADC 的最佳性能。 --------------------- 作者：yang377156216 链接：https://bbs.21ic.com/icview-3236864-1-1.html 来源：21ic.com 此文章已获得原创/原创奖标签，著作权归21ic所有，任何人未经允许禁止转载。