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介绍STM32F103C8T6，引脚配置，引脚工作模式。与STM32CubeMX强相关。

参考视频

1_GPIO 引脚

引脚配置

通常，电源+称为 VCC，地称为GND。但在STM32中，电源+ 称为Vdd，地称为Vss。

记忆：因为NMOS管的电流从漏极（Drain）到源极（Source）形成电势差，即我们给漏极加正电压，给源极加负电压。

  • Vdd Voltage Drain-Drain
  • Vss Voltage Source-Source

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  • 黄（黄绿）色引脚为电源及备用电池等默认引脚
  • 灰色引脚为普通IO引脚，都是可编程的。
    • 通用引脚分为GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD 四组
    • 简写即数目：PA0……PA15、PB0……PB15、PC13……PC15、PD0和PD1

GPIO

General Purpose Input/Output

8种工作模式

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输出模式案例

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输入模式

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浮空的引脚就像天线，会接收空间的电磁波，因此会得到随机的1、0
上拉电阻 - 当引脚悬空时，默认提供高电压。
下拉电阻 - 当引脚悬空时，默认提供低电压。

通用

程序直接控制引脚的输入与输出。

复用

使用其他模块来托管其输入与输出。此时该引脚可实现其他不同类型的功能。
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复用功能重映射

将冲突的引脚移动到备用引脚上。如两个功能使用到了相同的引脚，可以将这些相同的引脚映射到备用引脚上。使得引脚不发生冲突。

IO最大输出速度

高低电压的切换是需要时间的，而不是理想状态的“瞬时”，因此波形呈现为梯形，有上升斜坡与下降斜坡。加快切换频率，中间的电压保持时间会越来越短。再加快，会发现上升沿和下降沿完全重合，此时不能有效地输出高低电压了。
STM32有三种输出速度。过快的上升沿、下降沿会导致芯片功耗增加
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2_串口通信

单片机想要和其他设备进行通信，就必须借助各种各样的通信接口

UART

（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通用异步收发器

收发方式

由Tx、Rx组成，Tx引脚用于向外发送，Rx引脚用于接收数据。
自然地，接收信号的设备使用Rx引脚与发送端的Tx引脚链接，接收端Tx引脚与发送端Rx引脚链接

数据帧

由三部分组成：起始位（1位）+ 数据位（8位或9位）+ 停止位（0.5、1、1.5、2位，常用1位）

  • 1、数据开始传输前，串口处于空闲状态。数据线上是高电压
  • 2、发送方将数据线拉低，就发送了一个起始位
  • 3、数据位由所要传输的数据转换为八位二进制，逆向传播（如发送数据2，二进制为00000010，则发送01000000）
  • 4、数据位后是停止位，即保持一段时间的高电压。
  • 5、数据帧再次回到空闲状态。等待下一帧的发送。

数据位的最后一位可以拿来作为校验位。校验方法(Parity)为奇偶校验

  • 奇校验Odd：要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数
  • 偶校验Even：要求有效数据和校验位中“1”的个数为偶数
    当检查1的个数与奇偶校验位相同，则数据正确，否则为错误数据。
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波特率

串口传输速度，即每秒发送或接收的位数。
如9600波特率，即每秒发送或接收9600个数据位，每一位约0.1毫秒
115200波特率，即每秒发送或接收115200个数据位，每一位约8.7微秒

波特率越高，数据传输的速度越快，但要注意，收发双方都要设置相同的波特率。

常用数据位为8位无校验位或9位带校验位

USART

（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）通用同步/异步收发器（不常用）

收发方式

在异步收发模式的基础上，添加了一条CK线（时钟线），用于同步收发。

串口与电脑通信

电脑一般只有USB接口，此时需要USB转TTL的模块，它的作用是将串口转为USB接口。

串口的工作模式

  • Asynchronous（异步模式）
  • Synchronous（同步模式）
  • Single-wire(Half-duplex)（单线模式）半双工
  • Multiprocessor Communication（多处理器通信）
  • LrDA （Local Ring-Independent Data Access）
  • LIN （Local Interconnect Network）
  • SmartCard （智能卡）
  • SmartCard with Card Clock

Stm32CubeMX配置的接收引脚默认为浮空模式，但由于串口的数据接收引脚可能会意外断开，所以最好配置一个上拉电阻

UART API

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// 通过串口向外发送数据
// 返回值：HAL_OK：发送成功、HAL_BUSY：发送中、HAL_TIMEOUT：发送超时、HAL_ERROR：发送失败
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart,  //串口句柄指针（STM32CubeMX自动生成）
                                               uint8_t *pData,  // 发送的数据的指针
                                               uint16_t Size,   // 数据长度，以字节为单位
                                               uint32_t Timeout)// 超时时间，单位ms （无限期时间 HAL_MAX_DELAY）

// 通过串口接收一定数量的数据
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart,  //串口句柄指针（STM32CubeMX自动生成）
                                               uint8_t *pData,  // 接收的数据的指针
                                               uint16_t Size,   // 数据长度，以字节为单位
                                               uint32_t Timeout)// 超时时间，单位ms （无限期时间 HAL_MAX_DELAY）


3_I2C总线

单片机有三个串口，分别为USART1、USART2、USART3，且是一对一的。若要链接更多设备，需要用到I2C总线。

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SCL和SDA都用开漏输出，并需分别接一个上拉电阻，阻值一般为4.7k。

逻辑线与

与运算 &：一假为假，两真为真。
逻辑线与：SCL与SDA都为1，由于上拉电阻的存在，总线输出高电压1。若有任意引脚为0，则总线输出低电压（此时上拉电阻不起作用）。
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数据传输

  • 起始位：在SCL高电压时，向SDA发送下降沿，表示数据传输开始。
  • 寻址：主机向从机发送地址（7位或10位），每个从机有各自的地址。
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  • 数据传输：I2C以字节为单位传输数据，每次可以传输多个字节。
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  • 停止位：在数据传输结束后，SCL时高电压时，向SDA发送上升沿，表示数据传输结束。

示例：
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传输模式

波特率 = 每秒钟传输的位数。有多种模式
STM32F103C8T6 只支持Sm、Fm模式

名称 简写 英文 最大速度
标准模式 Sm Standard Mode 100kbps
快速模式 Fm Fast Mode 400kbps
快速增强模式 Fm+ Fast Mode Plus 1Mbps
高速模式 HSm High Speed Mode 3.4Mbps
超快模式 UFm Ultra Fast Mode 5Mbps

快速模式下可以设置时钟信号的占空比。可以设置为2：1 和16：9两种，一般设置为2：1

I2C API

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// 向从机写数据
unit8_t data[] = {0x00, 0x8d, 0x14, 0xaf, 0xa5};
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, //i2c句柄指针
                                            uint16_t DevAddress, //从机地址
                                            uint8_t *pData, //数据指针 data
                                            uint16_t Size, //数据长度  sizeof(data)/sizeof(data[0])
                                            uint32_t Timeout) // MAL_MAX_DELAY

// 向从机读数据
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, //i2c句柄指针
                                          uint16_t DevAddress,
                                          uint8_t *pData,  //接收缓冲区的指针
                                          uint16_t Size,
                                          uint32_t Timeout)

4_时钟系统

注意总线最高速度。可根据需求设置MCU的工作频率。

单片机内部结构类比电脑

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时钟树：Clock Tree

数字电路可分为两类

  • 组合逻辑电路：不含有记忆元件。它的输出之和当前输入有关。
  • 时序逻辑电路：含有记忆元件。它的输出与当前、之前的输入有关。并且有时钟信号才能工作 (CP——Clock Pulse)即时钟脉冲
    时钟的快慢决定了电路运行的快慢

时钟分类

High Speed Clock（高速时钟）、Low Speed Clock（低速时钟）、External Clock（外部时钟）、Internal Clock（内部时钟）

  • 高速内部时钟HSI
  • 高速外部时钟HSE
  • 低速内部时钟LSI
  • 低速外部时钟LSE

内部时钟：精度低，成本低，内置在MCU中
外部时钟：精度高，成本高，外接在MCU外

锁相环

锁相环（Phase Locked Loop）是时钟系统设计中常用的一种技术。锁相环是一种时钟同步技术，通过将两个时钟源同步到同一个频率，从而实现时钟同步。锁相环的优点是简单、可靠，缺点是时钟同步 accuracy（精度）和时钟同步 delay（时钟延迟）都有可能。
即：对时钟信号做乘法（“超频”）

分频器

作用就是对时钟信号频率做除法（降频）

测试时钟频率代码

8MHz = 800万次/秒

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//  利用程序执行一百万次循环，约耗时1秒（一次循环约8个时钟周期）
//  次代码led将以2秒的周期进行闪烁

uint32_t i;
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
for(i=0; i<1000000; i++);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
for(i=0; i<1000000; i++);

在STM32CubeMX中配置RCC

选择启用HSE、LSE：

  • BYPASS Clock Source 旁路时钟源 。直接使用生成好的时钟信号提供给MCU
  • Crystal/Ceramic Resonator 晶体/陶瓷振荡器。通过外接电路产生时钟信号

5_SPI总线

Serial Peripheral Interface（串行外设接口）。适用于高速、双向数据传输场景。（摄像头、Flash、SD卡等）
SPI总线由四条线组成：

  • MOSI：（Master Out Slave Input） 主机输出从机输入。
    主机发送数据给从机
    主机的MOSI连接所有从机的MOSI
  • MISO：（Master In Slave Out） 主机输入从机输出。
    从机发送数据给主机
    主机的MISO连接所有从机的MISO
  • SCK：（Serial Clock），串行时钟线。
    时钟线是SPI总线中唯一必须的线，用于控制数据传输的时序。
    主机的SCK连接所有从机的SCK
  • NSS：（Negative Slave Select），负极性从机选择。
    用于控制从机是否接收数据。即从机选择（低电压有效）。主机向对应的NSS发送低电压可以选中从机
    主机的每个NSS引脚分别连接从机的NSS引脚

五个参数

波特率

SPI总线没有规定波特率的范围，一般取几兆到几十兆bps
SPI波特率选取的原则

  • 选择允许的最大值
  • 考虑设备所能承受的极限
  • 考虑电路板所能承受的极限（面包板、杜邦线组成的电路板，最高选择10Mbps的波特率，再高会产生较严重的干扰）

比特位的传输顺序（MSB First/LSB First）

无符号8位整数，从bit0至bit7的权重分别为2^0至2^7。其中bit0为LSB，bit7为MSB。

  • LSB：（Least Significant Bit） 最低有效位。
  • MSB：（Most Significant Bit） 最高有效位。
    所以有了两种传输方式：MSB First（先传最高有效位）和LSB First（先传最低有效位）

数据位长度（8位 / 16位）

  • 8位一组，每组一个字节
  • 16位一组，每组1个16位整数

时钟的极性

  • 低级性：空闲状态为低电平，数据传输时为高电平。此时把所有的上升沿称为第一边沿，所有的下降沿称为第二边沿。
  • 高级性：空闲状态为高电平，数据传输时为低电平。此时把所有的下降沿称为第一边沿，所有的上升沿称为第二边沿。

时钟的相位

  • 第一边沿采集：（1st edge capture）在第一个边沿时，数据被采集。
  • 第二边沿采集：（2nd edge capture）在第二个边沿时，数据被采集。

四种时钟模式

极性\相位 第一边沿采集0 第二边沿采集1
低级性0 00（模式0） 01（模式1）
高级性1 10（模式2） 11（模式3）

模式0：低级性，第一边沿采集
模式1：低级性，第二边沿采集
模式2：高级性，第一边沿采集
模式3：高级性，第二边沿采集

按键控制LED亮灭代码

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// 按下并松开按键，控制LED的量、灭
uint8_t pre = 0; //保存上一次按钮的值
uint8_t cur = 0; //保存当前按钮的值
while(1){
    pre = cur;

    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET){
        cur = 1;
    }else{
        cur = 0;
    }
    if(pre != cur){ //捕捉到了变化
        HAL_Delay(10);  //----------------->> 延时10ms，防按键抖动用
        if (cur == 0){ //按钮按下瞬间
        }else{ //按钮松开瞬间

        }
    }
}

STM32CubeMX中配置SPI

1、Connectivity -> 选择SPI1（2）
2、Model -> 选择Full Duplex Master（全双工主模式）。从机模式一般不用，也复杂
3、Hardware NSS Signal -> Disable（禁用）。硬件NSS一般用于多主机通信，一般用不到。
4、需选择一个GPIO引脚作为NSS引脚，并设置为推挽模式。在后续输出高低电压。最大输出速度为高速模式。默认为高电压。

SPI API

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// 发送数据
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, //SPI句柄
                                            uint8_t *pData, //发送的数据指针
                                            uint16_t Size,  //数据量
                                            uint32_t Timeout);//超时时间

// 接收数据
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, //SPI句柄
                                            uint8_t *pData, //接收的数据指针
                                            uint16_t Size,  //数据量
                                            uint32_t Timeout);

// 发送数据的同时接收数据
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive(SPI_HandleTypeDef *hspi, //SPI句柄
                                                    uint8_t *pTxData, //发送的数据指针
                                                    uint8_t *pRxData, //接收的数据指针
                                                    uint16_t Size,     //发送数据的数量=接收数据的数量，字节为单位
                                                    uint32_t Timeout);

Flash模块

Flash是常见的数据持久化模块，类似于硬盘。
以W25Q64为例，容量为64MBit，即8MByte。
其容量分为若干个块（Block），每块64k。
每个块分为若干个扇区(Sector)，每扇区4k。扇区是擦除的最小单元。
每个扇区被分为若干页(Page)，每页256字节。页是数据写入的最小单元。

写入过程

写使能（解锁）-> 扇区擦除 -> 延迟100ms -> 写使能（解锁）-> 页编程 -> 延迟10ms

写使能、扇区擦除、页编程都需要发送响应的指令码（在发送的数据数组中的第一个元素）。具体需查看手册。

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// 读取例子
uint8_t response = 0xff; //接收读出的数据
uint8_t readDataCmd[] = {0x03 , 0x00 , 0x00 , 0x00} ; //{指令码 ， 24位（3x8）地址}
HAL_SPI_Transmit(&hspi, readDataCmd, 4, HAL_MAX_DELAY);
HAL_SPI_Receive(&hspi, &response, 1, HAL_MAX_DELAY);

6_中断

常规程序被突发事件中断源中断，然后去执行突发事件处理代码中断响应函数，最后回到常规程序。
即“放下手头的工作处理突发事件，处理完成后继续做手头工作”。
又：单片机是“单线程”的。

中断优先级

以stm32f103为例，有bit3 – bit0共4位表示中断优先级，即0000 – 1111，换算为十进制，为0 – 15，共16个优先级。
数字越小表示优先级越高
bit3、bit2为pre-emption priority，抢占优先级，与中断嵌套和中断排队有关
bit1、bit0为sub priority，子优先级，与中断排队有关

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  • 中断嵌套的发生条件：新中断的抢占优先级更高。若优先级不高，则不发生嵌套，而发生排队。

NVIC配置

NVIC：（Nested Vectored Interrupt Controller）嵌套向量中断控制器，负责管理单片机内部的中断。
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图片解释：每个模块都可以产生多个中断（模块箭头），每个中断都有独立的开关（箭头开关）负责中断的使能和禁止（中断发生了也不去响应），每个中断都可以设置优先级（四个格子），仲裁电路管理排队、嵌套。经过仲裁后的中断调用其相应函数（通过Flash中断向量表找到函数）

中断 API

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// 串口使用中断方式接受一定数量的数据
// IT 表示 Interrupt 中断
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, 
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                                                 uint16_t Size);

// 中断响应函数（需重写这个函数）
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

7_定时器

TIM：（Timer）
时钟树提供时钟信号（晶振等），定时器执行和时间相关的操作。
一个定时器有四个通道（Channel），每个通道可以独立设置。
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时基单元

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  • PSC: Prescaler，预分频，即时钟频率除以该值，得到定时器时钟频率。
  • CNT: Counter，计数器，计数到该值时，产生中断。
  • ARR: Auto Reload Register，自动重载寄存器
  • RCR: Repetition Counter Register，重复计数器

时钟来源

  • 来自RCC（时钟树）
  • 来自从模式控制器的触发信号TRIG
  • 来自外部参考信号ETRF

降频

时钟树的时钟频率通常过高，所以需要降频

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时钟树中的APB分频器连接到TIM时，中间有个倍频器。倍频器在分频器等于1时为1，在分频器大于1时为2。这使得倍频器降频。这就是PSC的作用。
降频的倍数 = PSC + 1
PSC ∈ [0,65535]
eg: PSC = 3，则时钟频率为时钟树频率/4

ARR、CNT、RCR

CNT对PSC输入的脉冲进行计数。可以递增，也可以递减。CNT ∈ [0,65535]
ARR自动重装寄存器设定定时的周期。ARR ∈ [0,65535]
RCR重复计数器设定定时的周期。RCR ∈ [0,65535]，次数为RCR+1。即CNT计数溢出的次数。达到后触发update事件。高级定时器才有。
CNT的计数方式：

  • 上计数 counting up：从零开始计数，达到ARR值后溢出归零。定时周期为ARR+1。
  • 下计数 counting down：从ARR开始计数，到零后溢出回归ARR。定时周期为ARR+1。
  • 中心对齐 center align：先上溢出，再下溢出。

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stm32f1系列的四种定时器

  • TIM1 and TIM8：高级定时器，支持定时、PWM、捕获、比较等。(Advanced Timer)
  • TIM2 to TIM5：通用定时器，支持定时、PWM、捕获等。(General Timer)
  • TIM9 to TIM14：通用定时器，支持定时、PWM等。(General Timer)
  • Tim6 and TIM7：基本定时器。(Basic Timer)

寄存器预加载

PSC ARR RCR具有寄存器预加载机制。（缓冲机制）。为了安全，防止动态改变ARR时CNT“跑飞”至最大值。PSC、RCR强制开启预加载，无法关闭。ARR默认关闭，需手动开启。

  • 活动寄存器（Active Register）
  • 影子寄存器（Shadow Register）
    向寄存器写值，值会先进入影子寄存器，当触发update事件后，再写入活动寄存器。

输出比较

PWM信号（Pulse Width Modulation脉冲宽度调制信号）

  • 占空比： 占空比 = 输出信号的持续时间/定时周期 * 100%
  • 周期恒定，占空比可调。用占空比调节信号的大小。

CCR：（Capture/Compare Register）捕获/比较寄存器，用于设定输出信号的持续时间。CCR ∈ [0,65535]
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时基单元决定周期，CCR决定占空比。

CCR输出模式

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输入捕获

定时器有四个通道，可作为输入，也可以作为输出。做输入时，把外部信号输入进来，然后使用定时器对这个信号的时间参数进行测量，这种功能就叫输入捕获
做输出时，使用定时器向外输出精确定时的方波信号，这种功能叫输出比较
输入捕获就是捕捉信号变化的时间点，并把它保存下来。利用这个就可以对输入信号的时间参数进行测量。
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从模式控制器

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作为从机 作为主机
（被控制） （控制别人）
Slave Mode disable 从模式禁止 Reset 复位
Encoder Mode 1 编码器模式1 Enable 使能
Encoder Mode 2 编码器模式2 Update 更新
Encoder Mode 3 编码器模式3 Compare Pulse 输出比较脉冲
Reset Mode 复位模式 Compare OC1Ref 输出比较参考信号1
Gated Mode 门模式 Compare OC2Ref 输出比较参考信号2
Trigger Mode 触发模式 Compare OC3Ref 输出比较参考信号3
External Clock Mode1 外部时钟模式1 Compare OC4Ref 输出比较参考信号4

相关中断

  • define TIM1_BRK_IRQChannel ((u8)0x18) 刹车功能
  • define TIM1_UP_IRQChannel ((u8)0x19) 定时溢出中断，时间到了就触发。
  • define TIM1_TRG_COM_IRQChannel ((u8)0x1A) 定时器触发中断
  • define TIM1_CC_IRQChannel ((u8)0x1B) 定时器捕获比较中断，设置CCR寄存器值可以触发。

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// 以中断方式启动时基单元
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim);
// 回调函数
// 每发生一次update中断，调用一次回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

// 启动PWM的正常输出
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
// 启动PWM的互补输出
HAL_StatusTypeDef HAL_TIMEx_PWMN_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)

/**************** 读写寄存器接口************** */
// 预分配器PSC
__HAL_TIM_SET_PRESCALER(__HANDLE__, __VALUE__)
__HAL_TIM_GET_PRESCALER(__HANDLE__)
// 计数器CNT
__HAL_TIM_SET_COUNTER(__HANDLE__, __VALUE__)
__HAL_TIM_GET_COUNTER(__HANDLE__)
// 自动重装寄存器ARR
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(__HANDLE__, __VALUE__)
__HAL_TIM_GET_AUTORELOAD(__HANDLE__)
// 重复计数器RCR
__HAL_TIM_SET_REPETITIONCOUNTER(__HANDLE__, __VALUE__)
__HAL_TIM_GET_REPETITIONCOUNTER(__HANDLE__)
// 捕获/比较寄存器CCR
__HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __VALUE__)
__HAL_TIM_GET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__)

// 查询标志位的值
__HAL_TIM_GET_FLAG(__HANDLE__ , __FLAG__) // 返回uint32_t :0、1

//  清除CC1标志位
__HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim1 , TIM_FLAG_CC1)

// 启动定时器
__HAL_TIM_IC_Start(&Htim1 , TIM_CHANNEL_1)


//关闭定时器
HAL_TIM_IC_Stop(TIM_HandleTypeDef *htim , uint32_t Channel)

8_ADC

Analog to Digital Converter （模拟信号到数字信号的转换）

模拟信号 数字信号
时间和幅度都连续 时间和幅度都离散
自然界的信号 计算机的信号

12位逐次逼近型ADC

SAR (Successive Approximation Register) 逐次逼近寄存器

12位

  • 12位指的是采样深度（使用多少位二进制数来表示一个采样点）
  • 如0-3.3v电压，使用4位ADC采样，即0000-1111，表示把0-3.3v电压分成$2^4-1$份，每份对应0.22v。
  • ADC的采样深度越深，转换的结果越精细。采样深度是权衡ADC性能的重要指标之一

逐次逼近型

img
其结构类似天平，每一次比较进行寄存器调整，直到采样结束。

四位逐次逼近型ADC示例

  • 输入2.21v模拟信号
  • 采样保持电路闭合–电容充电–采样保持电路断开–此后由于电容储能，保证后续输入电压不会改变。
  • 向结果寄存器最高位 $b_1$（代表1.76v）写1，
  • 此时电压发生器输出的电压就是1.76v,比2.21v小，
  • 所以继续向低一位的寄存器$b_2$（代表0.88v）写1，
  • 此时电压发生器输出的电压就是1.76 + 0.88 > 2.21 ，所以将其改为0，向低一位寄存器$b_3$（代表0.44v）写1，。
  • 以此类推，逐步逼近。直到采样结束。

ADC的基本原理

  • 对于stm32f103c8t6来说，ADC输入有12个，其中p0-p9为模拟输入引脚，还有一个内置温度计，一个参考电压。
  • 12个ADC各有一个开关，开关控制ADC的采样通道。
  • 常规序列、注入序列：对12个ADC进行顺序或注入采样。
  • img

ADC采样时间和转换时间

采样时间：放重物。转换时间：调整砝码

完成一次转换的总时间 = 采样时间 + 转换时间

采样时间、转换时间都需要表示成ADC时钟周期的倍数

$$时钟周期(Cycles) = \frac {1}{ADC时钟频率} $$

  • eg: ADC时钟频率为14MHz，则$时钟周期Cycles = \frac{1}{14}us$
  • eg:
    • $转换时间 = 0.9us = 12.5 * \frac{1}{14}us = 12.5cycle$
    • $采样时间 = 0.1us = 1.5 * \frac{1}{14}us = 1.5cycle$

转换时间

（采样深度 + 0.5 ）个ADC时钟周期

采样时间

即采样开关闭合的时间，即采样电容充电的时间。

  • 事实：采样精度本身就是有限的
  • 电容充电只能随时间增加而无限接近输入的采样电压。所以出现了采样效率与采样精度的抉择。
  • 只需保证采样误差远小于ADC的最大精度即可结束采样。
  • $采样误差 < \frac 1 4 *ADC分辨率 $
    • 例：对应stm32f103c8t6,采样深度12位，则$分辨率 = \frac {(3.3-0)} {(2^{12}-1)} \approx 0.8mV $
    • 量程： 0-3.3v，分辨率：0.8mV，则$采样误差 < \frac 1 4 *0.8mV = 0.2mV $

最优采样时间：

  • 模拟输入信号的内阻与采样电容是串联关系，所以根据欧姆定律，内阻越大，充电电流越小，充电速度越小，采样时间越长。
  • 理论上，采样时间只于信号源内阻有关。
  • $$ T_{最优采样时间} = (R_{信号源内阻} + R_{采样电路的电阻}) * C_{采样电容} * ln(2^{采样深度+2})$$
  • 对于stm32f103c8t6来说，$R_{采样电路电阻} = 1kΩ，C_{采样电容} = 8pF ， 采样深度 = 12 $
  • 最终带入 $$T_{最优采样时间} = (R_{信号源内阻} + 1000) * 77.6 * 10^{-12} $$

表示为周期的形式： $采样时间*采样频率 $
对于stm32f103c8t6来说，只有8个周期档位可以选择。实际开发中，选择相近的周期选择即可

API

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9
// 启动常规序列
HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef *hadc);

//等待转换结束
// 以轮训（标志位）的方式等待（常规序列）转换完成
HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef *hadc, uint32_t Timeout);

// 获取转换结果
HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef *hadc);