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標題: [零基礎學習STM32]第九講:ADC實驗—電源監控 [打印本頁]

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作者: kkhkbb    時間: 2018-3-16 18:11
標題: [零基礎學習STM32]第九講:ADC實驗—電源監控

一、概述

1、ADC簡介

     ADC是A/D轉換部件，單片機不能直接處理模擬量，所以需要ADC將模擬量轉換為數字量后，在進行處理。在使用單片機進行模擬數據處理的過程中，ADC至關重要。ADC以下幾種類型：

• 積分型：積分型AD工作原理是將輸入電壓轉換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器/計數器獲得數字值。其優點是用簡單電路就能獲得高分辨率，抗干擾能力強，但缺點是由于轉換精度依賴于積分時間，因此轉換速率極低。初期的單片AD轉換器大多采用積分型，現在逐次比較型已逐步成為主流。
• 逐次比較型：逐次比較型AD由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內置DA轉換器輸出進行比較，經n次比較而輸出數字值。其電路規模屬于中等。其優點是速度較高、功耗低，在低分辯率(<12位)時價格便宜，但高精度(>12位)時價格很高。
• 并行比較型/串并行比較型：并行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉換，又稱FLash(快速)型。由于轉換速率極高，n位的轉換需要2n-1個比較器，因此電路規模也極大，價格也高，只適用于視頻AD轉換器等速度特別高的領域。串并行比較型AD結構上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型AD轉換器配合DA轉換器組成，用兩次比較實行轉換，所以稱為 Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實現AD轉換的叫做分級(Multistep/Subrangling)型AD，而從轉換時序角度又可稱為流水線(Pipelined)型AD，現代的分級型AD中還加入了對多次轉換結果作數字運算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路 規模比并行型小。
• Σ-Δ(Sigma delta)調制型：Σ-Δ型AD由積分器、比較器、1位DA轉換器和數字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉換成時間(脈沖寬度)信號，用數字濾波器處理后得到數字值。電路的數字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。
• 電容陣列逐次比較型：電容陣列逐次比較型AD在內置DA轉換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉換器中多數電阻的值必須一致，在單芯片上生成高 精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片AD轉換器。最近的逐次比較型AD轉換器大多為電容陣列式的。
• 壓頻變換型：壓頻變換型(Voltage-Frequency Converter)是通過間接轉換方式實現模數轉換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉換成頻率，然 后用計數器將頻率轉換成數字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數的寬度。其優點是分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數電路共同完成AD轉換。
  

2、ADC主要參數介紹

     ADC主要參數有以下幾點：

• 分辨率：數字量變化一個最小量時模擬量的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數字信號的位數來表示。
• 轉換速率：完成一次A/D轉換所需要時間的倒數，值越大表示轉換得越快。積分型AD的轉換時間是毫秒級屬低速AD，逐次比 較型AD是微秒級屬中速AD，全并行/串并行型AD可達到納秒級。
• 量化誤差：由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉移特性曲線與無限分辯率AD(理想AD)的轉移特 性曲線(直線)之間的最大偏差。通常是1 個或半個最小數字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。
• 偏移誤差：輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調至最小。
• 滿刻度誤差：滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。
• 線性度：實際轉換器的轉移函數與理想直線的最大偏移。
  

3、STM32F407IGT6ADC介紹

       STM32F407IGT6具有3個12位逐次逼近式ADC，共24個通道，可以配置成12位、8位、6位使用。可使用軟件對對要使用的ADC進行使能和設置，進行模擬量的采集。
二、硬件電路

圖9_0 ARM 電源監測ADC使用圖

     在iCore3雙核心開發板中，使用了個ADC進行電源監控分配如下表所示：

ADC選用	監測內容
ADC1-14通道	5V電壓
ADC1-15通道	輸入電流
ADC3-15通道	1.2V電壓
ADC3-4通道	3.3V電壓
ADC3-5通道	2.5V電壓

                表9_0 ARM 電源監測ADC使用分配表

三、實驗原理

      使用ADC的5個通道，分別監測5種電源信息，使用程序進行相應的轉換后，使用putty串口工具將采集到電源信息打印到PC機屏幕上，了解開發板的電源狀態。

      STM32 內部集成三個 12 位 ADC， iCore3 的所有電源經過電阻分壓或者直接接入 STM32的 ADC 的輸出通道內， 輸入電流經過高端電流檢測芯片 ZXCT1009F 輸入到 ADC 的輸入通道內，從而實現電源監控功能。

      電壓監控硬件連接示意圖：

                    圖9_1電壓監測硬件連接圖

     由上圖可知：VCC =(1 + R1 / R2)*ADC_IN;

     故知：VCC = (1 + 49.9K / 10K)*ADC_IN = 6*ADC_IN;

     其他電源監控同理可得：D3V3 = 2*ADC_IN;

                                        A2V5 =2*ADC_IN;

                                        D1V2 =ADC_IN。

     電流監控硬件連接示意圖如下圖：

           圖9_2電流監測硬件連接圖

    由 ZXCT1009F 的原理可知：ADC_IN = 0.01 * (VCC - LOAD)*R2;
    通過 R1 的電流：I = 100 *ADC_IN /R2 /R1;
    帶入 R2 = 10K,R1 = 0.02：得出：I =ADC_IN / 2;

四、源代碼

1.主函數

1. //--------------------------- Include ---------------------------//
   
2. #include "..\include\led.h"
   
3. #include "..\include\main.h"
   
4. #include "..\include\usart.h"
   
5. #include "..\include\adc.h"
   
6. #include "..\fwlib\inc\stm32f4xx_gpio.h"
   
7. 
   
8. //---------------------------- Define ---------------------------//
   
9. 
   
10. //-------------------------- Variable ---------------------------//
    
11. 
    
12. //--------------------- Function Prototype ----------------------//
    
13. 
    
14. //--------------------------- Function --------------------------//
    
15. /*
    
16. * Name                : main
    
17. * Description         : ---
    
18. * Author              : ysloveivy.
    
19. *
    
20. * History
    
21. * --------------------
    
22. * Rev                 : 0.00
    
23. * Date                : 11/21/2015
    
24. *
    
25. * create.
    
26. * --------------------
    
27. */
    
28. int main(void)
    
29. {
    
30.         int i;
    
31. 
    
32.         //初始化
    
33.         led.initialize();
    
34.         LED_RED_ON;
    
35.         usart4.initialize(115200);
    
36.         adc.initialize();
    
37. 
    
38.         usart4.printf("\x0c");                                   //清屏
    
39. 
    
40.         usart4.printf("\033[1;32;40m");                          //設置終端字體為綠色
    
41. 
    
42.         usart4.printf("\r\n\r\nhello! I am iCore3!\r\n\r\n\r\n");
    
43.         while(1){
    
44.                 for(i = 0;i < 10000000;i++);
    
45. 
    
46.                 //ADC 監控電源
    
47.                 for(i = 0;i < 5;i++){
    
48.                         adc.read(i);
    
49.                 }
    
50.                 //打印系統供電電壓，
    
51.                 usart4.printf(" [V] %4.2fV, ",adc.value[0] * 6);
    
52.                 usart4.printf("[I] %3.0fmA , ",adc.value[1] / 2* 1000.);
    
53.                 usart4.printf("[1.2V] %4.2fV, ",adc.value[2]);
    
54.                 usart4.printf("[3.3V] %4.2fV, ",adc.value[3] * 2);
    
55.                 usart4.printf("[2.5V] %4.2fV\r",adc.value[4] * 2);
    
56.         }
    
57. }

復制代碼

2．ADC參數配置

1. /*
   
2. * Name                : initialize
   
3. * Description         : ---
   
4. * Author              : ysloveivy.
   
5. *
   
6. * History
   
7. * --------------------
   
8. * Rev                 : 0.00
   
9. * Date                : 11/21/2015
   
10. *
    
11. * create.
    
12. * --------------------
    
13. */
    
14. static int initialize(void)
    
15. {
    
16.         GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    
17.         ADC_CommonInitTypeDef  ADC_CommonInitStructure;
    
18.         ADC_InitTypeDef  ADC_InitStructure;
    
19. 
    
20.         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC,ENABLE);
    
21.         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);
    
22.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);                             //使能ADC1時鐘
    
23.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC3, ENABLE);                            //使能ADC3時鐘
    
24. 
    
25.         //ADC1_PC4<----->通道14, ADC1_PC5<----->通道15
    
26.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
    
27.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;                                    //模擬輸入
    
28.         GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    
29.         GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    
30. 
    
31.         //ADC3_PF5<----->通道15, ADC3_PF6<----->通道4, ADC3_PF7<----->通道5
    
32.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    
33.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;                                    //模擬輸入
    
34.         GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    
35.         GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);
    
36. 
    
37.         ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                        //ADC為獨立模式
    
38.         ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;    //設置兩個采樣階段之間的延遲周期數為5個周期
    
39.         ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;         //禁止DMA
    
40.         ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div6;                     //設置分頻系數為6分頻
    
41.         ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
    
42. 
    
43.         //初始化ADC
    
44.         ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;                          //ADC轉換分辨率12位
    
45.         ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;                                   //非掃描模式
    
46.         ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;                             //關閉連續轉換模式
    
47.         ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;     //禁止觸發檢測
    
48.         ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;                          //右對齊方式
    
49.         ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;                                            //1個轉換在規則序列中
    
50.         ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
    
51.         ADC_Init(ADC3, &ADC_InitStructure);                                                       //使能ADC
    
52.         ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    
53.         ADC_Cmd(ADC3, ENABLE);
    
54. 
    
55.         return 0;
    
56. }
    
57. /*
    
58. * Name                  : sort
    
59. * Description           : ---
    
60. * Author                : XiaomaGee.
    
61. *
    
62. * History
    
63. * ----------------------
    
64. * Rev                   : 0.00
    
65. * Date                  : 11/21/2015
    
66. *
    
67. * create.
    
68. * ----------------------
    
69. */
    
70. void sort(unsigned short int a[], int n)
    
71. {
    
72.         int i, j, t;
    
73. 
    
74.         //元素從小到大排列
    
75.         for (i = 0; i < n - 1; i++) {
    
76.                 for (j = 0; j < n - i - 1; j++) {
    
77.                         if (a[j] > a[j + 1]) {
    
78.                                 t = a[j];
    
79.                                 a[j] = a[j + 1];
    
80.                                 a[j + 1] = t;
    
81.                         }
    
82.                 }
    
83.         }
    
84. }
    
85. /*
    
86. * Name                  : read_adc
    
87. * Description           : ---
    
88. * Author                : ysloveivy.
    
89. *
    
90. * History
    
91. * ----------------------
    
92. * Rev                   : 0.00
    
93. * Date                  : 11/21/2015
    
94. *
    
95. * create.
    
96. * ----------------------
    
97. */
    
98. static int read_adc(int channel)
    
99. {
    
100.         int i,k;
     
101.         unsigned long int temp[20] = {0};
     
102.         unsigned long int value;
     
103.         unsigned short int data[100];
     
104.         unsigned char channel_remap[5] = {ADC_Channel_14,ADC_Channel_15,ADC_Channel_15,ADC_Channel_4,ADC_Channel_5};
     
105. 
     
106.         //取得到的100個轉換值的中間20個的平均值作為結果
     
107.         //連續取20次這樣的平均值，再求平均值作為最終結果
     
108.         for(k = 0;k < 20;k++){
     
109.                 for(i = 0;i < 100;i++){
     
110.                         if(channel == 0 || channel == 1){
     
111.                                 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, channel_remap[channel], 1, ADC_SampleTime_480Cycles); //ADC1規則通道為通道14，15，一個序列，采樣時間為480個周期
     
112. 
     
113.                                 ADC_SoftwareStartConv(ADC1);                                                         //使能指定的ADC1的軟件轉換啟動功能
     
114. 
     
115.                                 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));                                       //等待轉換結束
     
116. 
     
117.                                 data[i] = ADC_GetConversionValue(ADC1);                                                     //將結果保存
     
118. 
     
119.                         }else {
     
120.                                 ADC_RegularChannelConfig(ADC3, channel_remap[channel], 1, ADC_SampleTime_480Cycles); //ADC3規則通道為通道15，4，5，一個序列，采樣時間為480個周期
     
121. 
     
122.                                 ADC_SoftwareStartConv(ADC3);
     
123. 
     
124.                                 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC3,
     
125. ADC_FLAG_EOC));
     
126. 
     
127.                                 data[i] = ADC_GetConversionValue(ADC3);
     
128. 
     
129.                         }
     
130.                 }
     
131. 
     
132.                 sort(data,100);
     
133. 
     
134.                 for(i = 40;i < 60;i++){
     
135.                         temp[k] += data[i];
     
136.                 }
     
137. 
     
138.                 temp[k] = temp[k] / 20;
     
139.         }
     
140. 
     
141.         value = 0;
     
142.         for(k = 0;k < 20;k++){
     
143.                 value += temp[k];
     
144.         }
     
145.         value /= 20;
     
146. 
     
147.         adc.value[channel] = value * ADC_REF / 4096;
     
148. 
     
149.         return value;
     
150. }

復制代碼

3.ADC參數配置說明

1.     typedef struct
   
2.     {
   
3.       uint32_t ADC_Mode;                     
   
4.       uint32_t ADC_Prescaler;               
   
5.       uint32_t ADC_DMAAccessMode;            
   
6.       uint32_t ADC_TwoSamplingDelay;         
   
7.     }ADC_CommonInitTypeDeftypedef ;
   
8.     typedef struct
   
9.     {
   
10.       uint32_t ADC_Resolution;               
    
11.       FunctionalState ADC_ScanConvMode;      
    
12.       FunctionalState ADC_ContinuousConvMode;                                          
    
13.       uint32_t ADC_ExternalTrigConvEdge;   
    
14.     uint32_t ADC_ExternalTrigConv;         
    
15.       uint32_t ADC_DataAlign;               
    
16.       uint8_t  ADC_NbrOfConversion;         
    
17.     }ADC_InitTypeDef;;

復制代碼

ADC_Mode：工作模式， 分為獨立模式和混合模式，混合模式中包含了多種工作模式。                  

ADC_Prescaler：  分頻值， 用于配置ADC時鐘，有2、4、6、8四種分頻方式。           

ADC_DMAAccessMode：DMX通道模式，分為：不使能、模式1、模式2、模式3。        

ADC_TwoSamplingDelay：兩個采樣之間的延遲周期。

ADC_Resolution：分辨率，12、10、8、6位可設置。            

FunctionalState ADC_ScanConvMode：用于是否開啟轉換模式。   

FunctionalState ADC_ContinuousConvMode： 用于是否開啟連續轉換模式。                                      

ADC_ExternalTrigConvEdge： 用來設置啟動規則轉換組轉換的外部事件。

ADC_ExternalTrigConv： 色孩子數據觸發檢測。      

ADC_DataAlign： 用于設置數據對齊方式是左對齊還是右對齊。            

ADC_NbrOfConversion：用來設置規則序列的長度 。

五、實驗現象

      iCore3 雙核心板紅色 LED 常亮， 串口一直向終端輸出電源監控的數據。

                    圖9_3實驗效果圖
六、代碼包下載

      網盤：http：//pan.baidu.com/s/1o7wSE06

iCore3_9_ADC.zip

2018-3-16 18:16 上傳

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作者: cai123    時間: 2018-3-16 19:34
寫的太好了，十分詳細，值得我們學習

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作者: heron    時間: 2018-3-16 20:41
有目錄嗎？

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作者: admin    時間: 2018-3-17 01:22

heron 發表于 2018-3-16 20:41
有目錄嗎？

點擊樓主的圖像，有樓主的所有帖子列表

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作者: dillinllp    時間: 2018-3-31 09:23
太好了，謝謝分享。

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