ADC电压采集
ADC简介
ADC——Analog to Digital，模拟数字转换器。STM32F407ZGT6有3个ADC，每个ADC有12位、10位、8位和6位可选，每个ADC有16个外部通道（f1只有12位）分辨率就决定了转换的时间，精度高就要位数高的。 另外还有两个内部ADC源和VBAT通道挂在ADC1上。ADC具有独立模式、双重模式和三重模式， 对于不同AD转换要求几乎都有合适的模式可选。ADC功能非常强大，具体的我们在功能框图中分析每个部分的功能。
ADC功能框图
(1)电压输入范围：
ADC输入范围为：V(REF)- ≤ V(IN) ≤ V(REF)+。由V(REF)-、V(REF)+ 、V(DDA) 、V(SSA)、这四个外部引脚决定。
ADC引脚
原理图在设计的时候一般把V(SSA)和V(REF)-接地，把V(REF)+和V(DDA) 接3.3V，得到ADC的输入电压范围为：0~3.3V。（芯片和众多外设的供电电压就是3.3V，因此模拟供电就是接3.3V）
如果想让输入的电压范围变宽，去到可以测试负电压或者更高的正电压，可以在外部加一个电压调理电路， 把需要转换的电压抬升或者降压到0~3.3V，这样ADC就可以测量了。
(2)输入通道:
确定好ADC输入电压之后，如何将电压输入到ADC？STM32的ADC多达19个通道， 其中外部的16个通道就是框图中的ADCx_IN0、ADCx_IN1…ADCx_IN5。这16个通道对应着不同的IO口， 具体是哪一个IO口可以从手册查询到。对ADC来说，PB0、PB1、PA6、PC2是完全供其使用的，其他引脚需要复用操作，而且可能使用时产生杂波；做实验时若想验证其有无杂波，可将其单独接到0和3.3V，验证ADC采集的两个端电压是否是相应的，如果是，则可以使用。其中ADC1/2/3还有内部通道： ADC1的通道ADC1_IN16连接到内部的VSS， 通道ADC1_IN17连接到了内部参考电压VREFINT 连接， 通道ADC1_IN18连接到了芯片内部的温度传感器或者备用电源VBAT。ADC2和ADC3的通道16、17全部连接到了内部的VSS。
引脚分配
外部的16个通道在转换的时候又分为规则通道和注入通道，其中规则通道最多有16路，注入通道最多有4路。具体解释如下：
规则通道规则通道：顾名思意，规则通道就是很规矩的意思，平时一般使用的就是这个通道。
注入通道它是一种在规则通道转换的时候强行插入要转换的一种通道。如果在规则通道转换过程中， 有注入通道插队，那么就要先转换完注入通道，等注入通道转换完成后，再回到规则通道的转换流程。这点跟中断程序很像。所以，注入通道只有在规则通道存在时才会出现。
左边的0-15可全用于规则通道，注入通道可从其中选4个GPIO
注入又分为触发注入和自动注入，区别如下：
触发注入要使用触发注入，必须将 ADC_CR1 寄存器中的 JAUTO 位清零。1.通过外部触发或将 ADC_CR2 寄存器中的 SWSTART 位置 1 来启动规则通道组转换。2.如果在规则通道组转换期间出现外部注入触发或者 JSWSTART 位置 1，则当前的转换会复位，并且注入通道序列会切换为单次扫描模式。3.然后，规则通道组的规则转换会从上次中断的规则转换处恢复。如果在注入转换期间出现规则事件，注入转换不会中断，但在注入序列结束时会执行规则序列。注意： 使用触发注入时，必须确保触发事件之间的间隔长于注入序列。例如，如果序列长度为 30 个ADC 时钟周期（即，采样时间为 3 个时钟周期的两次转换），则触发事件的最小间隔不能小于 31 个ADC 时钟周期
自动注入如果将 JAUTO 位置 1，则注入组中的通道会在规则组通道之后自动转换。这可用于转换最多由 20 个转换构成的序列，这些转换在 ADC_SQRx 和 ADC_JSQR 寄存器中编程。
在此模式下，必须禁止注入通道上的外部触发。
如果 CONT 位和 JAUTO 位均已置 1，则在转换规则通道之后会继续转换注入通道。
注意： 不能同时使用自动注入和不连续采样模式
（3）转换顺序
规则序列
规则序列寄存器有3个，分别为SQR3、SQR2、SQR1。SQR3控制着规则序列中的第一个到第六个转换，对应的位为：SQ1[4:0]~SQ6[4:0]， 第一次转换的是位4:0 SQ1[4:0]，如果通道16想第一次转换，那么在SQ1[4:0]写16即可。SQR2控制着规则序列中的第7到第12个转换， 对应的位为：SQ7[4:0]~SQ12[4:0]，如果通道1想作为第8个转换，则SQ8[4:0]写1即可。SQR1控制着规则序列中的第13到第16个转换， 对应位为：SQ13[4:0]~SQ16[4:0]，如果通道6想作为第10个转换，则SQ10[4:0]写6即可。具体使用多少个通道，由SQR1的位L[3:0]决定，最多16个通道。
注入序列
注入序列寄存器JSQR只有一个，最多支持4个通道，具体多少个由JSQR的JL[2:0]决定。如果JL的 值小于4的话，则JSQR跟SQR决定转换顺序的设置不一样， 第一次转换的不是JSQR1[4:0]，而是JCQRx[4:0] ，x =（4-JL），跟SQR刚好相反。如果JL=00（1个转换），那么转换的顺序是从JSQR4[4:0]开始， 而不是从JSQR1[4:0]开始。当JL等于4时，跟SQR一样。
（4）触发源
1、软件触发:ADC_CR2:ADON/SwSTART/JSWSTART
2、外部事件触发︰内部定时器/外部IO
选择:ADC_CR2:EXTSEL[2:0]和JEXTSEL[2:0]激活:ADC_CR2:EXTEN和JEXTEN
通道选好了，转换的顺序也设置好了，那接下来就该开始转换了。ADC转换可以由ADC控制寄存器2: ADC_CR2的ADON这个位来控制， 写1的时候开始转换，写0的时候停止转换，这个是最简单也的开启ADC转换的控制方式。
除了这种控制方法，ADC还支持外部事件触发转换，这个触发包括内部定时器触发和外部IO触发。触发源有很多， 具体选择哪一种触发源，由ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTSEL[2:0]和JEXTSEL[2:0]位来控制。EXTSEL[2:0]用于选择规则通道的触发源， JEXTSEL[2:0]用于选择注入通道的触发源。选定好触发源之后，触发源是否要激活，则由ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTTRIG和JEXTTRIG这两位来激活。
触发源
右侧及左侧EXIT_15、EXIT_11为外部触发
如果使能了外部触发事件，我们还可以通过设置ADC控制寄存器2:ADC_CR2的EXTEN[1:0]和JEXTEN[1:0]来控制触发极性， 可以有4种状态，分别是：禁止触发检测、上升沿检测、下降沿检测以及上升沿和下降沿均检测。
（5）转换时间
ADC时钟
ADC输入时钟ADC_CLK由PCLK2经过分频产生，最大值是36MHz，典型值为30MHz，分频因子由ADC通用控制寄存器ADC_CCR的ADCPRE[1:0]设置， 可设置的分频系数有2、4、6和8，注意这里没有1分频。我们一般设置PCLK2=HCLK/2=84MHz。所以程序一般使用4分频或者6分频。
采样时间
ADC需要若干个ADC_CLK周期完成对输入的电压进行采样，采样的周期数可通过ADC 采样时间寄存器ADC_SMPR1和ADC_SMPR2中的SMP[2:0]位设置， ADC_SMPR2控制的是通道09，ADC_SMPR1控制的是通道1017。每个通道可以分别用不同的时间采样。其中采样周期最小是3个， 即如果我们要达到最快的采样，那么应该设置采样周期为3个周期，这里说的周期就是1/ADC_CLK。
ADC的总转换时间跟ADC的输入时钟和采样时间有关，公式为：
Tconv = 采样时间 + 12个周期（分辨率是多少就是多少个周期）
当ADCCLK = 30MHz，即PCLK2为60MHz，ADC时钟为2分频，采样时间设置为3个周期（最小设置为三个ADC时钟周期），那么总的转换时为：Tconv = 3 + 12 = 15个周期 =0.5us。
一般我们设置PCLK2=84MHz，经过ADC预分频器能分频到最大的时钟只能是21M，采样周期设置为3个周期，算出最短的转换时间为0.7142us，这个才是最常用的。
最短的转换时间:Tconv=采样时间+12个周期(12)
PCLK2 =84M，ADC_CLK = 84/4 = 21M
Tconv = 3+12=15周期=15,21us=0.71us
转换方式：单次转换、连续转换和扫描模式。单次转换采集一个点后要再进行转换就需要再次使能；连续转换可以连续采集多个点；扫描模式针对多通道，例如有ADC1、ADC2、ADC3，采集开始时，先采集ADC1、再2、再3为一轮扫描，再回到ADC1采集，以此类推，扫描单次模式只扫描一轮，多次一直扫描。
（6）数据寄存器
一切准备就绪后，ADC转换后的数据根据转换组的不同，规则组的数据放在ADC_DR寄存器，注入组的数据放在JDRx。 如果是使用双重或者三重模式那规矩组的数据是存放在通用规矩寄存器ADC_CDR内的。
规则数据寄存器ADC_DR
ADC规则组数据寄存器ADC_DR只有一个，是一个32位的寄存器，只有低16位有效并且只是用于独立模式存放转换完成数据。因为ADC的最大精度是12位， ADC_DR是16位有效，这样允许ADC存放数据时候选择左对齐或者右对齐，具体是以哪一种方式存放，由ADC_CR2的11位ALIGN设置。假如设置ADC精度为12位， 如果设置数据为左对齐，那AD转换完成数据存放在ADC_DR寄存器的[4:15]位内；如果为右对齐，则存放在ADC_DR寄存器的[0:11]位内。
规则通道可以有16个这么多，可规则数据寄存器只有一个，如果使用多通道转换，那转换的数据就全部都挤在了DR里面，前一个时间点转换的通道数据， 就会被下一个时间点的另外一个通道转换的数据覆盖掉，所以当通道转换完成后就应该把数据取走，或者开启DMA模式，把数据传输到内存里面， 不然就会造成数据的覆盖。最常用的做法就是开启DMA传输。
如果没有使用DMA传输，我们一般都需要使用ADC状态寄存器ADC_SR获取当前ADC转换的进度状态，进而进行程序控制。
注入数据寄存器ADC_JDRx
ADC注入组最多有4个通道，刚好注入数据寄存器也有4个，每个通道对应着自己的寄存器，不会跟规则寄存器那样产生数据覆盖的问题。 ADC_JDRx是32位的，低16位有效，高16位保留，数据同样分为左对齐和右对齐，具体是以哪一种方式存放，由ADC_CR2的11位ALIGN设置。
通用规则数据寄存器ADC_CDR
规则数据寄存器ADC_DR是仅适用于独立模式的，而通用规则数据寄存器ADC_CDR是适用于双重和三重模式的。独立模式就是仅仅适用三个ADC的其中一个， 双重模式就是同时使用ADC1和ADC2，而三重模式就是三个ADC同时使用。在双重或者三重模式下一般需要配合DMA数据传输使用。
（7）中断
转换结束中断
数据转换结束后，可以产生中断，中断分为四种：规则通道转换结束中断，注入转换通道转换结束中断，模拟看门狗中断和溢出中断。 其中转换结束中断很好理解，跟我们平时接触的中断一样，有相应的中断标志位和中断使能位，我们还可以根据中断类型写相应配套的中断服务程序。
模拟看门狗中断
当被ADC转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时，就会产生中断，前提是我们开启了模拟看门狗中断，其中低阈值和高阈值由ADC_LTR和ADC_HTR设置。 例如我们设置高阈值是2.5V，那么模拟电压超过2.5V的时候，就会产生模拟看门狗中断，反之低阈值也一样。
溢出中断
如果发生DMA传输数据丢失，会置位ADC状态寄存器ADC_SR的OVR位，如果同时使能了溢出中断，那在转换结束后会产生一个溢出中断。
DMA请求
规则和注入通道转换结束后，除了产生中断外，还可以产生DMA请求，把转换好的数据直接存储在内存里面。对于独立模式的多通道AD转换使用DMA传输非常有必须要， 程序编程简化了很多。对于双重或三重模式使用DMA传输几乎可以说是必要的。
（8）电压转换
模拟电压经过ADC转换后，是一个相对精度的数字值，如果通过串口以16进制打印出来的话，可读性比较差，那么有时候我们就需要把数字电压转换成模拟电压， 也可以跟实际的模拟电压（用万用表测）对比，看看转换是否准确。
我们一般在会把ADC的输入电压范围设定在：0~3.3v，如果设置ADC为12位的，那么12位满量程对应的就是3.3V，12位满量程对应的数字值是：2^12。 数值0对应的就是0V。如果转换后的数值为 X ，X对应的模拟电压为Y，那么会有这么一个等式成立： 2^12 / 3.3 = X / Y，=> Y = (3.3 * X ) / 2^12。
多重ADC模式
位 4:0 MULTI[4:0]：多重 ADC 模式选择 (Multi ADC mode selection)
通过软件写入这些位可选择操作模式。
— 所有 ADC 均独立：
00000：独立模式
— 00001 到 01001：双重模式，ADC1 和 ADC2 一起工作，ADC3 独立
00001：规则同时 + 注入同时组合模式
00010：规则同时 + 交替触发组合模式
00011：Reserved
00101：仅注入同时模式
00110：仅规则同时模式
仅交错模式
01001：仅交替触发模式
— 10001 到 11001：三重模式：ADC1、ADC2 和 ADC3 一起工作
10001：规则同时 + 注入同时组合模式
10010：规则同时 + 交替触发组合模式
10011：Reserved
10101：仅注入同时模式
10110：仅规则同时模式
仅交错模式
11001：仅交替触发模式
其它所有组合均需保留且不允许编程
注意：在多重模式下，更改通道配置会生成中止，进而导致同步丢失。建议在更改配置前禁用多重 ADC 模式。
框图如下：
用的最多的是规则模式和交替触发模式。多重ADC时必须使用DMA传输，由ADC_CCR寄存器的DMA位来控制。
