深度解读STM32数据保存与毁灭

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描述

一、认识ADC兼进一步看懂STM的库

ADC是多少位的?

12位

ADC有多少个?

1个、2个或多至3个,视不同的器件而不同;每个又有多个通道。

关于通道的名堂:

10.3.3 通道选择

有16个多路通道。可以把转换分成两组:规则的和注入的。在任意多个通道上以任意顺序进行的一系列转换构成成组转换。例如,可以如下顺序完成转换:通道3、通道8、通道2、通道2、通道0、通道2、通道2、通道15。

● 规则组由多达16个转换组成。规则通道和它们的转换顺序在ADC_SQRx寄存器中选择。规则组中转换的总数写入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]位中。

● 注入组由多达4个转换组成。注入通道和它们的转换顺序在ADC_JSQR寄存器中选择。注入组里的转换总数目必须写入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]位中。

它们有什么区别:

l 不同的组转换后保存数据的地方不一样,产生的中断标志不一样。

l 在扫描模式下,规则组会有能力把各通道数据通过DMA传给SRAM,而注入组的数据总是存在在ADC_JDRx中。

还有其他的一些区别,这里暂不一一罗列。

ST为什么这么样来设计AD转换,肯定是有理由的,但是我不知道,因此,我也就难以深入地理解AD转换的各种模式。这也就是说,对于知识的理解,要把它放在其应用背景中去学习才能学得好。因此,其他知识积累得越多,学起来也就越快,这也就是所谓的“功底”问题。某人功底深厚,意味着他见多识广,遇到的事情多,能够很快找到处理某件事情的“原型”。当然,也有一些人抽象学习能力极强,就算找不到“原型”,他也能学得很好。基本上,这类人的科学素养更高一些,在工程师、工科类学生中并不多见。

闲话少说,下面来看怎么样来使用AD转换器?

以一段源程序为例分别来解读,同时进一步理解STM32中有关符号的含义,相信以后再读库源程序,定能更上一层楼。

为看得清楚一些,以下代码用一种颜色表示。

/* ADC1 开始准备配置*/

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

/*设置ADC-》CR1的19:16,确定ADC工作模式,一共有10种工作模式

#define ADC_Mode_Independent ((uint32_t)0x00000000) 0000:独立模式

#define ADC_Mode_RegInjecSimult ((uint32_t)0x00010000) 0001:混合的同步规则+注入同步模式

#define ADC_Mode_RegSimult_AlterTrig ((uint32_t)0x00020000) 0010:混合的同步规则+交替触发模式

#define ADC_Mode_InjecSimult_FastInterl ((uint32_t)0x00030000) 0011:混合同步注入+快速交替模式

#define ADC_Mode_InjecSimult_SlowInterl ((uint32_t)0x00040000) 0100:混合同步注入+慢速交替模式

#define ADC_Mode_InjecSimult ((uint32_t)0x00050000) 0101:注入同步模式

#define ADC_Mode_RegSimult ((uint32_t)0x00060000) 0110:规则同步模式

#define ADC_Mode_FastInterl ((uint32_t)0x00070000) 0111:快速交替模式

#define ADC_Mode_SlowInterl ((uint32_t)0x00080000) 1000:慢速交替模式

#define ADC_Mode_AlterTrig ((uint32_t)0x00090000) 1001:交替触发模式

*/

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;

/* ADC_ScanConvMode在stm32f10x_adc.h中定义如下:

alState ADC_ScanConvMode;

这个参数用来指定转换是扫描(多通道模式)还是单个转换(单通道模式),该参数可以被设置为DISABLE或者ENABLE。

在数据手册中,SCAN位是这样描述的:扫描模式

该位由软件设置和清除,用于开启或关闭扫描模式。在扫描模式中,由ADC_SQRx或ADC_JSQRx寄存器选中的通道被转换。

0:关闭扫描模式

1:使用扫描模式

注:如果分别设置了EOCIE或JEOCIE位,只在最后一个通道转换完毕才会产生EOC或JEOC中断。

这样,如果一次需要对多个通道进行转换,这位就必须设置为ENABLE。

*/

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

/* alState ADC_ContinuousConvMode;

这个参数用来指定转换是连续进行还是单次进行,它可以设置为ENABLE或者DISABLE。

这两个参数中出现了alState数据类型,那么它是什么呢,顺滕摸瓜,可以看到它的的定义如下:

typedef enum {DISABLE = 0, ENABLE = !DISABLE} alState;

因此,它相当于是一个位变量,我的理解,DISPABLE=0这个没有问题,ENABLE=!DISABLE是否应该确切的是1??否则下面的设置就会有问题。

用这两个符号来对寄存器中的位进行设置的话,还需要提供位置信息,如下面的代码所示:

tmpreg1 |= (uint32_t)(ADC_InitStruct-》ADC_DataAlign | ADC_InitStruct-》ADC_ExternalTrigConv |

((uint32_t)ADC_InitStruct-》ADC_ContinuousConvMode 《《 1));

这个《《1就是位置信息,CONT是CON2寄存器的位1

这样,我们看STM32的库又能多看懂一点了。

用于设定CON2的CONT位(位1):是否连续转换

该位由软件设置和清除。如果设置了此位,则转换将连续进行直到该位被清除。

0:单次转换模式 1:连续转换模式

*/

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

/* uint32_t ADC_ExternalTrigConv;

定义如何来触发AD转换,一共有8个可选项,以下给出两个来解释一下:

#define ADC_ExternalTrigConv_T1_CC3 ((uint32_t)0x00040000)

将0x00040000写成二进制,就是:

0000 0000 0000 0100 0000 0000 0000 0000

对照下面的说明,不难看出,第19:17位是 010,即定时器1的CC3事件触发。

#define ADC_ExternalTrigConv_None ((uint32_t)0x000E0000)

将0x000E0000写成二进制,就是:

0000 0000 0000 1110 0000 0000 0000 0000

对照下面的说明,是SWSTART方式,即用软件标志来启动转换。

关于EXTSEL[2:0]的说明:

位19:17 EXTSEL[2:0]:选择启动规则通道组转换的外部事件

这些位选择用于启动规则通道组转换的外部事件

ADC1和ADC2的触发配置如下

000:定时器1的CC1事件 100:定时器3的TRGO事件

001:定时器1的CC2事件 101:定时器4的CC4事件

010:定时器1的CC3事件 110:EXTI线11/ TIM8_TRGO,

仅大容量产品具有TIM8_TRGO功能

011:定时器2的CC2事件 111:SWSTART

ADC3的触发配置如下

000:定时器3的CC1事件 100:定时器8的TRGO事件

001:定时器2的CC3事件 101:定时器5的CC1事件

010:定时器1的CC3事件 110:定时器5的CC3事件

011:定时器8的CC1事件 111:SWSTART

*/

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

/*

这个是用来设定数据对齐模式的,有两种可能:

#define ADC_DataAlign_Right ((uint32_t)0x00000000)

#define ADC_DataAlign_Left ((uint32_t)0x00000800)

找到数据手册上的相关说明:

位11:ALIGN:数据对齐

该位由软件设置和清除。

0:右对齐 1:左对齐

*/

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;

/* ADC_NbrOfChannel的定义如下:

uint8_t ADC_NbrOfChannel;

指定有多少个通道会被转换,它的值可以是1~16,这个数据将会影响到寄存器ADC_SQR1,下面是stm32f10x_adc.c中的相关代码:

。。。。。。

tmpreg2 |= (uint8_t) (ADC_InitStruct-》ADC_NbrOfChannel - (uint8_t)1);

tmpreg1 |= (uint32_t)tmpreg2 《《 20;

ADCx-》SQR1 = tmpreg1;

看到mpreg1 |= (uint32_t)tmpreg2 《《 20;中的:20,用上面我们刚理解到的原则,这个值的低位将在ADC_SQR1的20位,而它的值是1~16,从代码中可以看到这里又减去1,则其设置值为:0~15,即4bit就够了,那么从20往前数,也就是[23:20],那么SQR1中这几位的用途是什么呢?顺这条线索我们去找SQR1中的23:20位,看它是怎么用的。

位23:20 L[3:0]:规则通道序列长度

这些位定义了在规则通道转

0000:1个转换

0001:2个转换

……

1111:16个转换

也就是设置一次进行几个通道的转换,看来我们的理解完全正确。

*/

ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

//通过前面一系列的设置,可以执行ADC_Init函数了。

/* ADC1 规则通道15(Channel15)配置(规则通道见文章开头)*/

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_15, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

/* 这个函数一共有4个参数,第一个是指定转换器,根据所采用的器件的不同,可以是ADC1,ADC2,ADC3;第二个参数是指定通道号;第三个参数是指定该通道在转换序列中第几个开始转换,第四个参数是指定转换时间

第一、二个参数不难理解,这里就不再多说了,看一看第三个参数。

先看一看这个函数的内容,它在stm32f10x_adc.c中,这是STM库提供的一个函数:

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

{ 。。。。。。前面的不写了

/* For Rank 1 to 6 */

if (Rank 《 7) //这个Rand就是第三个参数

{

/* Get the old register value */

tmpreg1 = ADCx-》SQR3;

/* Calculate the mask to clear */

tmpreg2 = SQR3_SQ_Set 《《 (5 * (Rank - 1));

SQR3的值如下:

//#define SQR3_SQ_Set ((uint32_t)0x0000001F)

之所以用5去乘,看下图中的表格:ADC_SQ3中SQ1~SQ6每个都是占5位。

这下理解了:如果这个Rank是1,那么tmpreg2这个变量第[4:0]这5位将会是11111(即SQR3_SQ_Set的初始值:0x0000001f),如果Rank是2,那么tmpreg2这个变量的第[9:5]将会是11111,即tmpreg2将等于:0x00001f00,依此类推。

/* Clear the old SQx bits for the selected rank */

tmpreg1 &= ~tmpreg2;

/* tmpreg2取反再与,即清掉tmpreg1中相应的5位*/

tmpreg2 = (uint32_t)ADC_Channel 《《 (5 * (Rank - 1));

/*这次tmpreg2取的是通道值了,然后同相根据Rank的值左移5、10或更多位 */

tmpreg1 |= tmpreg2;

/* Store the new register value */

ADCx-》SQR3 = tmpreg1;

}

*/

数据存储

第四个参数是采样时间设定,代码如下:

tmpreg2 = (uint32_t)ADC_SampleTime 《《 (3 * ADC_Channel);

/* 设定新的采样时间,这里为什么用3,理由和上面的5一样,看下图。*/

tmpreg1 |= tmpreg2;

/* Store the new register value */

ADCx-》SMPR2 = tmpreg1;

数据存储

/* Enable ADC1 DMA */

ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

/* Enable ADC1 */

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

至此一次ADC转换配置完毕。很麻烦。。。。。。也许功能强大的副产品就是麻烦吧,没有办法。

二、使用内置温度传感器测量温度

学习使用ADC多通道转换方式,验证温度测量的准确性,为以后的工程实践打好基础。

(1) ADC的单次与连续转换

ADC转换可以在一次转换后停止,然后再次触发后进行下一次转换;也可以是持续不断地转换下去。这个是通过设定ADC_CR2的CONT位来确定。

而在ST提供的库里面,是这样来设定的:

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

(2) ADC的扫描模式

ADC的扫描模式是用来扫描一组选定的通道的,它们将会被依次转换。这个在上一份笔记中已说明过。

那么连续转换和扫描转换之间又是什么关系呢?字面上理解,似乎它们都是持续不断地转换啊。

答案是:连续转换的层次比扫描更高,它管着扫描呢。也就是说,对连续转换来说,它所谓的“一次转换”可并不是指的一个通道的转换结束,而是指的“一组”转换结束,当然,这个“一组”有可能只有一个通道而已。再说得明确一些:当ADC扫描一次结束以后,如果CONT位是“1”(设定为连续转换方式),那么将继续下一轮的转换。

(3) EOC什么时候产生?

我的理解应该是每个通道(Channel)转换结束时都会发生。但这里有些问题(见下图):

数据存储

上面的说明中:该位由硬件在(规则或注入)通道组换结束时设置…其中有个“组”字,字面的理解似乎应该是指一次转换组的所有通道都结束后才置1?但如果是这样,那么又如何进行数据的传递呢?要知道,对于ADC1来说,它的多个通道只有一个用于数据何存的寄存器:ADC1-》DR啊。

而这个问题在其他两个地方也没有说得清楚(见下图):

数据存储

我们前面讨论了说连续转换是针对一组转换而言的,所以这里所谓的:每个转换后EOC标志被设置,究竟是一组转换结束后呢还是一个通道结束后呢?不明确。

而在扫描模式是这么说的(见下图):

数据存储

这里仅说到:如果设置了DMA位,在每次EOC后…,而并没有说到什么时候会有EOC产生?是所有扫描结束还是每个通道转换结束?

而关于SCAN位又有这样的说明(见下图):

数据存储

注意最后的注:如果分别设置了EOCIE或JEOCIE位,只在最后一个通道转换完毕才会产生EOC或者JEOC中断。

对这一行话的理解同样会有歧义:究竟是只在最后一个通道转换完毕才产生EOC或者JEOC呢,还是每个通道转换时都产生EOC或者JEOC,但是仅在最后一个通道转换完毕时的EOC/JEOC才会引发中断?

手册上说得清楚,手册不保证正确,有问题可以找英文原版……可怜我,如果汉语语法也搞不清楚,那么英语语法岂非更头大?看来非得进修个英文六级再来学啦。

还好,我们还能做实验验证。经验证,我认为应该是每次通道转换时都有EOC产生,并且这个EOC可以触发DMA事件。但是毕意自己验证的不能保证一定理解正确,所以啰啰喽喽写了这么多。

(4)为了要使用内置的温度传感器,得要先打开温度传感器(同时也打开了内部REF测量通道),数据手册上说是设置ADC-》CR2中的TSRVEFF位。这个位当然可以写个代码自行设置,不过我们现在是用库编程,那就遵守纪律,找到相应的库函数吧。

打开stm32f10x_adc.c,用尽一切手段找,在这里(见下图):

数据存储

根据上次的解读,我们已知alState相当于是一个“位”变量,它只能取Enable和Disable两个值之一。

所以,main.c中加入这样一行:

ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //开启温度传感器及Vref通道

(5)选定待转换组中的通道,并设定转换顺序,转换时间

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 2, ADC_SampleTime_239Cycles5);

/* 设置ADC1的Channel15通道在转换序列中第 2 个进行转换,转换时间设定为239.5个周期

*/

这一段中的第一个参数是指定由ADC1转换器转换,因为温度传感器接在这个转换器的第16通道上,第二个参数显然就是选定第16通道了,而第三个参数2是说这个通道第二个转换;第四个参数是设定采样时间。

说到采样时间,又要多说几句了。

ADC1转换器的时钟是ADCCLK,这个时钟是由APB2时钟经过分频器而得到的,由于代码中没有对预分频器进行设置,所以用默认值2分频,所以ADCCLK的时钟是36M。

对于温度传感器的使用,数据手册中这么样写(见下图):

数据存储

看第2条,即要求采样时间大于2.2us,那么我们只能取最大的采样周期239.5了。因为再低一档的就是71.5个周期,这是无法满足要求的。

但是说到这里,又出来问题了,就在紧挨着这段话的上面有这么一段(见下图):

数据存储

也就是它要求采样时间是17.1us,这这岂不是明显不相符?

先标志于此,稍后查资料或做实验来验证。

(6)设置DMA通道,将转换得到的数据保存到SRAM中去。

vu16 ADCConvertedValue[2]; //定义一个2个字的数组,用来保存数据

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADCConvertedValue[0];

//设定SRAM中的起始地址

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 2; //2个字节

DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;

//使用内存地址自增模式

……

其他的不多写了。这样,2个通道的测试数据分别被保存到ADCConvertedValue[0]和ADCConvertedValue[1]中去了,只要读出这两个单元中的值,就可以分别得到PC5(ADC_Channel15)上外接电位器的分压值和内部温度传感器的值了。

(7)第17通道Refint

在片内有一个片内基准,连接到ADC1的Channel17上,开始我以为,可以利用这个通道来做校准工作,但是看一看数据手册,我知道没戏了。

居然从1.16变到了1.24V。

而我实测的结果更令我叹息,开空调吹一下板子,实测的数值是1470,其时温度大概是在25度左右,空调一停,几度的变化,结果变成了1475,再试,我拿着板子对着空调出风口一阵吹,数值变到了1465.(其时温度值为从1700变到1753)虽然基准电压值的变化远没有温度值变化大,可…。一个是基准,一个是传感器啊。看来,非得用外部基准不可了。我的板子上VREF并没有用基准源,是通过一个简单的滤波电路接到VCC上的,这个基本上还算稳定,说明那个低压差稳压集成电路AMS1117的温度特性还是不错的。

最后,报告一下测试结果

(1) 室温下读到的温度传感器的输出为1700。

要将其转换成温度,还要找张表:(见下图)

数据存储

由于该表都是用电压来表示的,所以要将1700转换成电压值。

(1686/4096)*3.3=1.3583

那么温度就是:

T=(1.43-1.3583)/4.3*1000)+25

=14.03+25

=39度

(2)拿电吹风来,一阵吹,读数变为1550

电压值:(1550/4096)*3.3=1.2488V

再次计算:

T=(1.42-1.2488)/4.3*1000+25

=42.1+25

=67.1度

(3)开空调吹,读数变为1730,这个就不计算了,但是可以肯定数值变化趋势是对的了。

从第一个39这个值来看,测温的大体范围是对的,因为我在室内,估计当时的温度可能会有33~34度左右,这个39差了很多,原因:(1)V25和Avg_Slope都是取的中间值,这个未必对;(2)测量值和电压没有精确对照测量,估计误差也比较大。(3)是否与采样时间有关系?这个还要验证。

因此,如果某个应用中只是单独测温的话,这两点都要注意,要在生产后有个修正的表格,否则误差会比较大。

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