模数转换器（ADC）的使用教学

本章为大家带来 模数转换器（ ADC）的使用教学，按照惯例，我们先来说一下模数转换器本身。

首先是功能，模数转换器接收电压 信号并输出一个 数字信号，该数字信号是一个数字，这个数字指示了电压信号的大小。通常来说，想要判断大小就需要有对比，因此该数字指示的电压大小实际上是一个比较的结果。 ADC将需要测量的电压信号Ut与已知电压的信号U作比较，并最终输出一个数字表示Ut相当于多少比例的U。

接下来就可以看看CW32的ADC外设结构框图了，图中按块划分了ADC外设的不同功能区。

A DC会将左侧红框中某一指定通道（由程序指定）所连接的电信号与下方红框中选定的参考电压（由程序选定）进行比较，完成紫色方框中的步骤后，最终输出一个数字（暂记为value）并存放在右侧红框中的 寄存器里面。Value的范围取决于ADC的位数，若ADC为12位，则value最大为2^12=4096，最小值为0，value指示了相比于参考电压U，输入电压Ut的值，计算方法如下：可以认为ADC将参考电压分成了4096份，最终输出的结果反映了输入电压够得上其中多少份，例如参考电压选择2.5V，最终转换的结果数据为2048，那么就认定输入通道的实际电压值是2.5/4096*2048=1.25V，其他情况以此类推。由于参考电压的存在，ADC无法直接测量比参考电压值高的信号，输入通道连接的电压不能高于参考电压。

现在来简单说说紫色方框内的部分，这一部分是ADC的核心部分，根据ADC转换原理的不同，这一部分的电路结构也不一样，CW32的ADC是逐次逼近型ADC，它会先把通道中的电压信号采样并被内部的采样保持 放大器输出且保持稳定（这一步叫采样保持），随后ADC用逐次逼近的方法得到一个12位的数字（这一步叫量化编码），需要重点关心的是采样保持阶段的持续时间，这个时间越久，最终用于量化编码阶段的采样电压值就越精确，我们就能得到更精确的转换结果。

从上述步骤来看，使用ADC需要进行如下操作：

1.必要的IO初始化和外设 时钟初始化；

2.正确设置ADC的采样通道和参考电压；

3.选择合适的ADC采样时间；

4.启动ADC并等待转换完成；

5.读取转换结果寄存器得到电压值；

首先需要说明的是IO初始化的问题。对于使用ADC功能的IO，它本质上并不是“将这个IO复用为ADC功能”，而是把这个IO设置为 模拟输入，也就是不将IO上的电信号量化成数字信号，这一点在GPIO电路结构图里面可以看到。

这个模拟功能从结果上来看就是ADC复用，不过还是请大家理解其本质。

下一个要说的是采样通道。ADC一般都会有多个采样通道， 开发者从中挑选一些通道接入电路来使用。ADC外设同一时间只能对某一个通道上的电压进行转换，所以如果需要采样四个通道的电压，只能顺序转换，这个转换顺序是可以手动设置的。ADC拥有4个可填入的配置项，暂且称为序列0~3，ADC会根据另外一个配置项（ADC_SQR寄存器的ENS位段）来判断该转换这4个序列中的哪些，序列里面需要填写的内容就是AD采样的通道号，配置完成之后ADC就会按照这4个序列内填的通道号按顺序进行AD转换。更具体的配置方法直接参考ADC_SQR寄存器描述即可

图中有一些前文没说到的配置项，因为这些配置项是一些ADC附带的特殊功能。具体的功能在手册ADC章节的寄存器描述中有详细说明，代码中的注释也已经详细标注。

该配置中，ADC被配置为单通道单次转换模式，也就是说ADC一次转换只能转换一个ADC通道，并且转换完成之后就会停下来等待 CPU发出下一次转换开始的指令（相对的，还有连续模式和扫描模式）。

配置完成后，再编写一个启动ADC的函数就行了，该函数需要包含启动、等待转换完成、返回数据的功能，如图所示：

上图的具体步骤对应了手册中描述的步骤，详细说明见用户手册22.5.1章节。

ADC一般用法的介绍到此就结束了，但ADC还有很多其他功能，比如连续模式、扫描模式、 硬件触发采集和 DMA访问，这些模式可以帮助我们更好地使用ADC功能，后续的章节会介绍一种不消耗CPU资源的ADC采集方法，真正实现全自动采集。

审核编辑：刘清