采用STM32CubeMX和HAL库的模数转换器应用实例

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STM32的ADC配置流程

模/数（A/D）转换器应用的硬件设计

模/数（A/D）转换器应用的软件设计

1. 通过STM32CubeMX新建工程

2. 通过Keil MDK实现工程

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STM32的ADC功能繁多，比较基础实用的是单通道采集，实现开发板上电位器的动触点输出引脚电压的采集，并通过串口输出至PC端串口调试助手。单通道采集适用AD转换完成中断，在中断服务函数中读取数据，不使用DMA传输，在多通道采集时才使用DMA传输。

STM32的ADC配置流程

STM32的ADC功能较多，可以DMA、中断等方式进行数据的传输，结合标准库并根据实际需要，按步骤进行配置，可以大大提高ADC的使用效率。 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stm32f1xx_adc.c文件和stm32f1xx_adc.h文件中。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。 STM32F103ZET6的ADC通道1在PA1上，所以，先要使能PORTA的时钟，然后设PA1为模拟输入。同时要把PA1复用为ADC，所以要使能ADC1时钟。使能GPIOA时钟和ADC1时钟都很简单，具体方法为：

__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();//使能ADC1时钟
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//使能GPIOA时钟
初始化PA1为模拟输入，关键代码为：
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;	
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_1;	                   //PA1
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_ANALOG;   //模拟
GPIO_Initure.Pull=GPIO_NOPULL;          	//不带上下拉
HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);

（2）初始化 ADC，设置 ADC 时钟分频系数，分辨率，模式，扫描方式，对齐方式等信息。 在HAL库中，初始化ADC是通过函数HAL_ADC_Init实现的，该函数声明为： HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Init(ADC_HandleTypeDef* hadc); 该函数只有一个入口参数 hadc，为ADC_HandleTypeDef结构体指针类型，结构体定义为：

typedef struct
{
ADC_TypeDef	                      *Instance;//ADC1/ ADC2/ ADC3
ADC_InitTypeDef	            Init;//初始化结构体变量
DMA_HandleTypeDef	            *DMA_Handle; //DMA 方式使用
HAL_LockTypeDef                              Lock;
__IO HAL_ADC_StateTypeDef          State;
__IO uint32_t	                                   ErrorCode;
}ADC  HandleTypeDef;	
该结构体定义和其他外设比较类似，我着重看第二个成员变量Init含义，它是结构体ADC_InitTypeDef类型，结构体ADC_InitTypeDef定义为：
typedef struct
{
uint32_t  DataAlign;//对齐方式：左对齐还是右对齐：ADC_DATAALIGN_RIGHT
uint32_t  ScanConvMode;//扫描模式DISABLE
uint32_t  ContinuousConvMode;//开启连续转换模式或者单次转换模式 DISABLE
uint32_t  NbrOfConversion; //规则序列中有多少个转换1
uint32_t  DiscontinuousConvMode;//不连续采样模式DISABLE
uint32_t  NbrOfDiscConversion;//不连续采样通道数
uint32_t  ExternalTrigConv;//外部触发方式ADC_SOFTWARE_START}ADC_InitTypeDef;

直接把每个成员变量含义注释在结构体定义的后面，请大家仔细阅读上面注释。 这里需要说明一下，和其他外设一样，HAL 库同样提供了 ADC 的 MSP 初始化函数，一般情况下，时钟使能和 GPIO 初始化都会放在MSP初始化函数中。函数声明为： void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* hadc);

（3）开启 AD 转换器。 在设置完了以上信息后，就开启AD转换器了（通过ADC_CR2寄存器控制）。 HAL_ADC_Start(&ADC1_Handler);//开启ADC

（4）配置通道，读取通道 ADC 值。 在上面的步骤完成后，ADC就算准备好了。接下来要做的就是设置规则序列1里面的通道，然后启动ADC转换。在转换结束后，读取转换结果值值就是了。 设置规则序列通道以及采样周期的函数是: HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_ConfigChannel(ADC_HandleTypeDef* hadc,ADC_ChannelConfTypeDef* sConfig);

该函数有两个入口参数，第一个就不用多说了，接下来看第二个入口参数 sConfig，它ADC_ChannelConfTypeDef 结构体指针类型，结构体定义如下：

typedef struct {  

uint32_t  Channel;//ADC 通道

uint32_t  Rank;    //规则通道中的第几个转换

uint32_t  SamplingTime;    //采样时间

}ADC_ChannelConfTypeDef;

该结构体有四个成员变量，对于 STM32F1 只用到前面三个。Channel 用来设置 ADC 通道， Rank 用来设置要配置的通道是规则序列中的第几个转换，SamplingTime 用来设置采样时间。

使用实例为：     ADC1_ChanConf.Channel=ch;    //通道 ADC1_ChanConf.Rank=1;    //第 1 个序列，序列 1 ADC1_ChanConf.SamplingTime=ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5;    //采样时间 HAL_ADC_ConfigChannel(&ADC1_Handler,&ADC1_ChanConf);    //通道配置 配置好通道并且使能ADC后，接下来就是读取 ADC 值。这里采取的是查询方式读取，所以还要等待上一次转换结束。此过程HAL库提供了专用函数HAL_ADC_PollForConversion，函数定义为：

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t Timeout); 等待上一次转换结束之后，接下来就是读取 ADC 值，函数为： uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc);

模/数（A/D）转换器应用的硬件设计

开发板板载一个贴片滑动变阻器，电路设计如图11-9所示。 贴片滑动变阻器的动触点连接至STM32芯片的ADC通道引脚。当我们使用旋转滑动变阻器调节旋钮时，其动触点电压也会随之改变，电压变化范围为0～3.3V，亦是开发板默认的ADC电压采集范围。

模/数（A/D）转换器应用的软件设计

ADC_InitTypeDef结构体成员用于设置ADC工作参数，并由外设初始化配置函数，比如MX_ADC1_Init()调用，这些设定参数将会设置外设相应的寄存器，达到配置外设工作环境的目的。初始化结构体定义在stm32f1xx_hal_adc.h文件中，初始化库函数定义在stm32f1xx_hal_adc.c文件中，编程时可以结合这两个文件内注释使用。

ADC_InitTypeDef结构体如下。
typedef struct
{
uint32_t DataAlign; // ADC 数据寄存器对齐格式
FunctionalState ScanConvMode; /* ADC 扫描（多通道）
FunctionalState ContinuousConvMode; // ADC 单次转换或者连续转换选择
uint32_t NbrOfConversion; // ADC 工作模式选择
FunctionalState DiscontinuousConvMode; // ADC 单次转换或者连续转换选择
Uint32_t NbrOfDiscConversion; // ADC 采集通道数
uint32_t ExternalTrigConv; // ADC 转换触发信号选择
} ADC_InitTypeDef;

这些结构体成员说明如下，其中括号内的文字是对应参数在STM32 HAL库中定义的宏：

（1）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。一般选择右对齐模式。

（2）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。

（3）ContinuousConvMode：指定是以单一模式（一次转换）还是以常规组的连续模式执行转换，在所选触发发生之后（软件启动或外部触发）。此参数可设置为ENABLE（启用）或DISABLE（禁用）。

（4）NbrOfConversion：指定将在常规组序列器中转换的列组数。要使用常规组序列器并转换多个列组，必须启用参数“ScanConvMode”。此参数必须是介于Min_Data=1和Max_Data=16之间的数字。

（5）DiscontiousConvMode：指定是否按完整序列/不连续序列（主序列细分为连续部分）执行常规组的转换序列。仅当序列器已启用（参数“ScanConvMode”）时，才使用不连续模式。如果序列器被禁用，此参数将被丢弃。只有在禁用连续模式时，才能启用间断模式。如果启用连续模式，则放弃此参数设置。此参数可设置为ENABLE（启用）或DISABLE（禁用）。

（6）NbrOfDiscConversion：指定将细分常规组的主序列（参数NbrOfConversion）的不连续转换数。如果禁用了参数“DisconnectousConvMode”，则放弃此参数。此参数必须是介于Min_Data=1和Max_Data=8之间的数字。

（7）ExternalTrigConv：外部触发选择，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。 配置完这些结构体成员值，调用库函数 HAL_ADC_Init()即可把结构体的配置写入到寄存器中。

下面讲述如何通过STM32CubeMX新建工程、如何通过Keil MDK实现工程。

1. 通过STM32CubeMX新建工程

通过STM32CubeMX新建工程的步骤如下：

（1）新建文件夹   Demo目录下新建文件夹ADC，这是保存本章新建工程的文件夹。

（2）新建STM32CubeMX工程 在STM32CubeMX开发环境中新建工程。

（3）选择MCU或开发板 Commercial Part Number和MCUs/MPUs List选择STM32F103ZET6，选择Start Project启动工程。

（4）保存STM32Cube MX工程 使用STM32CubeMX菜单File→Save Project，保存工程。

（5）生成报告 使用STM32CubeMX菜单File→Generate Report生成当前工程的报告文件。

（6）配置MCU时钟树 STM32CubeMX Pinout & Configuration子页面下，选择System Core→RCC，High Speed Clock（HSE）根据开发板实际情况，选择Crystal/Ceramic Resonator（晶体/陶瓷晶振）。

STM32CubeMX切换到Clock Configuration子页面下，根据开发板外设情况配置总线时钟。此处配置PLL Source Mux为HSE，PLLMul为9倍频72MHz，System Clock Mux为PLLCLK，APB1 Prescaler为X2，其余默认设置即可。

（7）配置MCU外设

STM32CubeMX Pinout & Configuration子页面下选择System Core→GPIO，对使用的GPIO口进行设置。ADC1输入端口PC1配置为ADC1_IN11。

在STM32CubeMX中配置完USART1后，会自动完成相关GPIO口的配置，不需用户配置。 配置完ADC端口后，时钟配置页面会提示错误，STM32CubeMX切换到Clock Configuration子页面下，需要修改ADC时钟为12MHz，ADC Prescaler选择/6

STM32CubeMX Pinout & Configuration子页面下选择Analog→ADC1，对ADC1进行设置。IN11为配置GPIO口PC1时自动选择，ADC Parameter Settings默认配置即可

STM32CubeMX Pinout & Configuration子页面下分别配置USART1、NVIC模块，方法同SPI部分。 切换到STM32CubeMX Pinout & Configuration子页面下选择System Core→NVIC，修改Priority Group为2 bits for pre-emption priority（2位抢占优先级），Enabled栏勾选USART1 global interrupt和ADC1 and ADC2 global interrupts，分别修改Preemption Priority（抢占优先级）和Sub Priority（子优先级）

Code Generation页面Select for init sequence ordering栏勾选USART1 global interrupt和ADC1 and ADC2 global interrupts，NVIC Code Generation配置页面

（8）配置工程 STM32CubeMX Project Manager子页面Project栏下Toolchain/IDE选择MDK-Arm，Min Version选择V5，可生成Keil MDK工程；选择STM32CubeIDE，可生成STM32CubeIDE工程。

（9）生成C代码工程 STM32CubeMX主页面，单击GENERATE CODE按钮生成C代码工程。

2. 通过Keil MDK实现工程

通过Keil MDK实现工程的步骤如下：

（1）打开工程   打开ADC\MDK-Arm文件夹下的工程文件。

（2）编译STM32CubeMX自动生成的MDK工程 在MDK开发环境中通过菜单Project→Rebuild all target files或工具栏      Rebuild按钮编译工程。

（3）STM32CubeMX自动生成的MDK工程 main.c文件中函数main()依次调用了HAL_Init()函数用于复位所有外设，初始化Flash接口和Systick定时器。SystemClock_Config()函数用于配置各种时钟信号频率。MX_GPIO_Init()函数初始化GPIO引脚。 文件gpio.c包含了函数MX_GPIO_Init()的实现代码，如下。

void MX_GPIO_Init(void)
{/* GPIO Ports Clock Enable */__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
}

MX_USART1_UART_Init()是USART1的初始化函数。 main()函数外设初始化新增MX_ADC1_Init()，它是ADC1的初始化函数。MX_ADC1_Init()是在文件adc.c中定义的函数，实现STM32CubeMX配置的ADC1设置。单通道采集不需要扫描、启动连续转换、使用内部软件触发无须外部触发事件、使用右对齐数据格式、转换通道为1，采样时间为55CYCLES_5。

MX_ADC1_Init()实现的代码如下。
void MX_ADC1_Init(void)
{ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};/** Common config*/hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Configure Regular Channel*/sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_11;sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_55CYCLES_5;if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 *//* USER CODE END ADC1_Init 2 */
} 

MX_ADC1_Init()函数调用了HAL_ADC_Init()，继而调用了adc.c中实现的HAL_ADC_MspInit()，初始化ADC1相关的时钟和GPIO口。HAL_ADC_MspInit()函数实现如下。

void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* adcHandle)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(adcHandle->Instance==ADC1){/* ADC1 clock enable */__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();/**ADC1 GPIO ConfigurationPC1     ------> ADC1_IN11*/
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);}
}
函数MX_NVIC_Init()实现中断的初始化，代码如下。
static void MX_NVIC_Init(void)
{/* USART1_IRQn interrupt configuration */HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 1);HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
/* ADC1_2_IRQn interrupt configuration */HAL_NVIC_SetPriority(ADC1_2_IRQn, 0, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(ADC1_2_IRQn);
}

（4）新建用户文件   不需要新建用户文件，adc.c和usart.c都由STM32CubeMX自动生成。

（5）编写用户代码 usart.h和usart.c文件声明和定义使用到的变量、宏定义。usart.c文件MX_USART1_UART_Init()函数开启USART1接收中断。stm32f1xx_it.c对USART1_IRQHandler()函数添加接收数据的处理。

adc.c文件MX_I2C1_Init()函数启用ADC1，以中断方式开始常规组的转换。   /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 */   HAL_ADC_Start_IT(&hadc1);   /* USER CODE END ADC1_Init 2 */ 中断服务函数一般定义在stm32f1xx_it.c文件内，HAL_ADC_IRQHandler()是HAL中自带的一个中断服务函数，处理过程中会指向一个回调函数去添加用户代码，这里使用HAL_ADC_ConvCpltCallback()转换完成中断，在ADC转换完成后就会进入中断服务函数，再进入回调函数，在回调函数内直接读取ADC转换结果保存在变量ADC_ConvertedValue(在main.c中定义) 中。

ADC_GetConversionValue()函数是获取ADC转换结果值的库函数，只有一个形参为ADC句柄，该函数返回一个16位的ADC转换结果值。

AD采样回调处理函数HAL_ADC_ConvCpltCallback如下。
/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* AdcHandle)
{/* 获取结果 */ADC_ConvertedValue = HAL_ADC_GetValue(AdcHandle);
}
/* USER CODE END 1 */
main.c文件添加对ADC的操作。通过STM32内部ADC1读取通道11（PC1）上面的电压，将ADC转换值发送到串口。/* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){Delay(0x1fffff);ADC_Vol =(float)ADC_ConvertedValue/4096*(float)3.3; // 读取转换的AD值printf("\r\n The current AD value = 0x%04X \r\n", ADC_ConvertedValue); printf("\r\n The current AD value = %f V \r\n",ADC_Vol);  
/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */

（6）重新编译工程   重新编译添加代码后的工程。

（7）配置工程仿真与下载项 在MDK开发环境中通过菜单Project→Options for Target或工具栏      配置工程。 打开Debug选项卡，选择使用的仿真下载器ST-Link Debugger。Flash Download下勾选Reset and Run选项。单击确定。

（8）下载工程   连接好仿真下载器，开发板上电。 在MDK开发环境中通过菜单Flash→Download或工具栏    下载工程。 工程下载完成后，连接串口，打开串口调试助手，查看串口收发是否正常，转动电位器，查看串口显示的采样电压是否正常。串口调试助手调试界面（ADC）