第六章 ADC转换

6.1模数转换器（ADC）概述

ADC：Analog to Digital Converter
将时间和幅值连续的模拟量转化为时间和幅值离散的数字量，A/D转换一般要经过采样、保持、量化、编码4个过程。
A/D转换的几个技术指标
量程：指ADC所能输入模拟信号的类型和电压范围，即参考电压。信号类型包括单极性和双极性。
转换位数：量化过程中的量化位数n。A/D转换后的输出结果用n位二进制来表示。例如：10位ADC的输出值就是0~1023。
分辨率：ADC能够分辨的模拟信号最小变化量。
分辨率 = 量程/2^n
转换时间：ADC完成一次完整的A/D转换所需要的时间，包括采样、保持、量化、编码4个过程

6.2查询方式和中断方式的HAL库函数应用

1.查询方式，阻塞式A/D转换

Uint16_t  ADC_Value = 0;
HAL_ADC_Start(&hadc); //启动ADC
if(HAL_OK == HAL_ADC_PollForConversion(&hadc,10))
//中断读取返回结果
{
ADC_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc);//将读取的值存放在ADC_Value中
//ADC_Value就是我们得到的采样值
}

2.中断方式，非阻塞式A/D转换

Uint16_t  ADC_Value = 0;
HAL_ADC_Start_IT(&hadc); //启动ADC
Void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_Handle TypeDef* hadc1)  
//中断回调函数读取返回结果
{
ADC_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc);//将读取的值存放在ADC_Value中
//ADC_Value就是我们得到的采样值
}

例：
[1]将ADC_ IN0 设置为12位ADC，右对齐，启用中断；
[2]分别用查询和中断这2种方式，每隔0.5秒采样一次ADC的数 据；
[3]将每次读取到的ADC采样值转换为对应电压值，发送到上位机；.
[4] LED1作为采样指示灯，在ADC转换过程中点亮，其余时间熄灭。
CubeMX配置

查询方式代码：

uint16_t ADC_Value = 0,ADC_Volt = 0;
uint8_t str_buff[64];

void UR1_send()
{
	sprintf((char *)str_buff,"采样值：%d, 电压值：%d.%d%dV\r\n",ADC_Value,ADC_Volt/100,(ADC_Volt%100)/10,ADC_Volt%10);
	HAL_UART_Transmit(&huart1,str_buff,sizeof(str_buff),10000);
}
void ADC0_Get_Value(void)//查询方式
{
	HAL_ADC_Start(&hadc1);
	LED_up(0x01);//打开LED1
	if(HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10) == HAL_OK)
	{
		ADC_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); //ADC_Value是采样值
		ADC_Volt = ADC_Value*330/4096;  //4096 = 2^12;12是12位的ADC，330表示3.3v，如果是mv则采用3300
		//将采样值转化为电压
	}
	UR1_send(); //调用串口发送函数
	LED_off(0x01);//关闭LED1
	HAL_ADC_Stop(&hadc1); //停止ADC采样
}
//在主函数内调用该函数即可ADC0_Get_Value()；

中断方式代码：

uint16_t ADC_Value = 0,ADC_Volt = 0;
uint8_t str_buff[64];

void UR1_send()
{
	sprintf((char *)str_buff,"采样值：%d, 电压值：%d.%d%dV\r\n",ADC_Value,ADC_Volt/100,(ADC_Volt%100)/10,ADC_Volt%10);
	HAL_UART_Transmit(&huart1,str_buff,sizeof(str_buff),10000);
}
//找到中断回调函数，在回调函数内写代码
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
	if(hadc->Instance == ADC1)
	{
		ADC_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); //ADC_Value是采样值
		ADC_Volt = ADC_Value*330/4096;  //4096 = 2^12;12是12位的ADC，330表示3.3v，如果是mv则采用3300
		UR1_send();//调用串口发送函数
		LED_off(0x01);
	}
}
//主函数
while(1)
{
	LED_up(0x01);
	HAL_ADC_Start_IT(&hadc1); //启动ADC模数转换
	HAL_Delay(500);
}

一、ADC，模拟数字转换器

1、定义

ADC(Analog to Digital Converter) ：模数变换器；简称“模数转换器”，把模拟量转换为数字量的装置。
在计算机控制系统中，须经各种检测装置，以连续变化的电压或电流作为模拟量，随时提供被控制对象的有关参数（如速度、压力、温度等）而进行控制。计算机的输入必须是数字量，故需用模数转换器达到控制目的，过程有抽样、量化、编码（PCM编码，脉冲编码调制）。

其次简单介绍一下PCM编码：
（1）抽样:就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后述应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。
（2）量化:就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示,通常是用二进制表示。
（3）编码:就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。

2、模拟信号

模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化，如目前广播的声音信号，或图像信号等。抓重点，连续的，如正弦波。

3、数字信号

数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。
二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。抓重点，离散的，但在示波器中的方波一般指的是数字信号，把竖线去掉就是离散的了。

4、常用库函数

a.根据ADC_CommonInitTypeDef结构体，初始化ADC外设指定的参数（容易被忽略）

typedef struct 
{
  uint32_t ADC_Mode;                      /*!< Configures the ADC to operate in 
                                               independent or multi mode. 
                                               This parameter can be a value of @ref ADC_Common_mode */                                              
  uint32_t ADC_Prescaler;                 /*!< Select the frequency of the clock 
                                               to the ADC. The clock is common for all the ADCs.
                                               This parameter can be a value of @ref ADC_Prescaler */
  uint32_t ADC_DMAAccessMode;             /*!< Configures the Direct memory access 
                                              mode for multi ADC mode.
                                               This parameter can be a value of 
                                               @ref ADC_Direct_memory_access_mode_for_multi_mode */
  uint32_t ADC_TwoSamplingDelay;          /*!< Configures the Delay between 2 sampling phases.
                                               This parameter can be a value of 
                                               @ref ADC_delay_between_2_sampling_phases */
  
}ADC_CommonInitTypeDef;

• @param ADC_CommonInitStruct: pointer to an ADC_CommonInitTypeDef structure that contains the configuration information for All ADCs peripherals.

void ADC_CommonInit(ADC_CommonInitTypeDef* ADC_CommonInitStruct)

b.根据ADC_InitTypeDef结构体，初始化ADC外设指定的参数

typedef struct
{
  uint32_t ADC_Resolution;                /*!< Configures the ADC resolution dual mode. 
                                               This parameter can be a value of @ref ADC_resolution */                                   
  FunctionalState ADC_ScanConvMode;       /*!< Specifies whether the conversion 
                                               is performed in Scan (multichannels) 
                                               or Single (one channel) mode.
                                               This parameter can be set to ENABLE or DISABLE */ 
  FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; /*!< Specifies whether the conversion 
                                               is performed in Continuous or Single mode.
                                               This parameter can be set to ENABLE or DISABLE. */
  uint32_t ADC_ExternalTrigConvEdge;      /*!< Select the external trigger edge and
                                               enable the trigger of a regular group. 
                                               This parameter can be a value of 
                                               @ref ADC_external_trigger_edge_for_regular_channels_conversion */
  uint32_t ADC_ExternalTrigConv;          /*!< Select the external event used to trigger 
                                               the start of conversion of a regular group.
                                               This parameter can be a value of 
                                               @ref ADC_extrenal_trigger_sources_for_regular_channels_conversion */
  uint32_t ADC_DataAlign;                 /*!< Specifies whether the ADC data  alignment
                                               is left or right. This parameter can be 
                                               a value of @ref ADC_data_align */
  uint8_t  ADC_NbrOfConversion;           /*!< Specifies the number of ADC conversions
                                               that will be done using the sequencer for
                                               regular channel group.
                                               This parameter must range from 1 to 16. */
}ADC_InitTypeDef;

• @brief Initializes the ADCx peripheral according to the specified parameters in the ADC_InitStruct.
• @note This function is used to configure the global features of the ADC ( Resolution and Data Alignment), however, the rest of the configuration
• parameters are specific to the regular channels group (scan mode activation, continuous mode activation, External trigger source and edge, number of conversion in the regular channels group sequencer).

• @param  ADCx: where x can be 1, 2 or 3 to select the ADC peripheral.
  

• @param ADC_InitStruct: pointer to an ADC_InitTypeDef structure that contains the configuration information for the specified ADC peripheral.

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)

c.为选定的ADC常规通道进行配置

• @brief Configures for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time.

• @param ADCx: where x can be 1, 2 or 3 to select the ADC peripheral.

• @param ADC_Channel: the ADC channel to configure.

• This parameter can be one of the following values:

•        @arg ADC_Channel_0~~~~~~arg ADC_Channel_18
  

• @param Rank: The rank in the regular group sequencer.

•         This parameter must be between 1 to 16.
  

• @param ADC_SampleTime: The sample time value to be set for the selected channel.

• This parameter can be one of the following values:

•        @arg ADC_SampleTime_3Cycles: Sample time equal to 3 cycles
  

•        @arg ADC_SampleTime_15Cycles: Sample time equal to 15 cycles
  

•        @arg ADC_SampleTime_28Cycles: Sample time equal to 28 cycles
  

•        @arg ADC_SampleTime_56Cycles: Sample time equal to 56 cycles	
  

•        @arg ADC_SampleTime_84Cycles: Sample time equal to 84 cycles	
  

•        @arg ADC_SampleTime_112Cycles: Sample time equal to 112 cycles	
  

•        @arg ADC_SampleTime_144Cycles: Sample time equal to 144 cycles	
  

•        @arg ADC_SampleTime_480Cycles: Sample time equal to 480 cycles	
  

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

例如是42MHZ,3cycle采集一次，那么时间就是3*1/42Mhz=0.07us，即三个ADC时钟的时间

d.使能指定的ADC的软件转换启动功能

• @param ADCx: where x can be 1, 2 or 3 to select the ADC peripheral.

void ADC_SoftwareStartConv(ADC_TypeDef* ADCx)

e.检查指定的ADC标志是否已设置

• @param ADCx: where x can be 1, 2 or 3 to select the ADC peripheral.
• @param ADC_FLAG: specifies the flag to check.
• This parameter can be one of the following values:

•        @arg ADC_FLAG_AWD: Analog watchdog flag
  

•        @arg ADC_FLAG_EOC: End of conversion flag（结束标志位）
  

•        @arg ADC_FLAG_JEOC: End of injected group conversion flag
  

•        @arg ADC_FLAG_JSTRT: Start of injected group conversion flag
  

•        @arg ADC_FLAG_STRT: Start of regular group conversion flag
  

•        @arg ADC_FLAG_OVR: Overrun flag                                                 
  

• @retval The new state of ADC_FLAG (SET or RESET).

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG)

具体的函数在固件库手册找不到的时候，可以在对应的stm32f4xx_adc.c中查找,function列表的函数

f.返回ADC对应通道的测量数据

• @param ADCx: where x can be 1, 2 or 3 to select the ADC peripheral.
• @retval The Data conversion value.

uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx)

g.左对齐和右对齐

4、STM32F4的ADC最高分辨率是12位，即最大数值达到4095，
12位分辨率最低可以测量：3300mV/4095=0.8mV
10位分辨率最低可以测量：3300mV/1024=3.22mV
所以分辨率越高，精度越高。

5、测量结果转换为电压值

被测量电压 = ADC对应通道的测量数据 * 参考电压 /4095.

一般参考电压为3.3V，用3300mV来计算，主要由自己决定。

正常输出电压的例子：
ADC硬件的时钟记得开启（易漏点）

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_gpio.h"
#include "stm32f4xx_rcc.h"
#include "stm32f4xx_usart.h"
#include "stdio.h"
#include "sys.h"

static GPIO_InitTypeDef  	GPIO_InitStructure;
static USART_InitTypeDef 	USART_InitStructure;
static NVIC_InitTypeDef 	NVIC_InitStructure;		

static ADC_InitTypeDef       ADC_InitStructure;
static ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;


//重定义fputc函数 
int fputc(int ch, FILE *f)
{ 	
	USART_SendData(USART1,ch);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);  
	
	return ch;
}   

void delay_us(uint32_t nus)
{		
	uint32_t temp;	    	 
	SysTick->LOAD =SystemCoreClock/8/1000000*nus; 	//时间加载	  		 
	SysTick->VAL  =0x00;        					//清空计数器
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; 		//使能滴答定时器开始倒数 	 
	do
	{
		temp=SysTick->CTRL;
	}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));			//等待时间到达   
	SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; 		//关闭计数器
	SysTick->VAL =0X00;       						//清空计数器 
}

void delay_ms(uint16_t nms)
{	 		  	  
	uint32_t temp;		   
	SysTick->LOAD=SystemCoreClock/8/1000*nms;		//时间加载(SysTick->LOAD为24bit)
	SysTick->VAL =0x00;           					//清空计数器
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;    	//能滴答定时器开始倒数 
	do
	{
		temp=SysTick->CTRL;
	}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));			//等待时间到达   
	SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;    	//关闭计数器
	SysTick->VAL =0X00;     		  				//清空计数器	  	    
} 


void USART1_Init(uint32_t baud)
{
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); 							//使能GPIOA时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);							//使能USART1时钟
 
	//串口1对应引脚复用映射
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1); 						//GPIOA9复用为USART1
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1); 						//GPIOA10复用为USART1
	
	//USART1端口配置
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; 						//GPIOA9与GPIOA10
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;									//复用功能
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;								//速度50MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 									//推挽复用输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; 									//上拉
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); 											//初始化PA9，PA10

	//USART1 初始化设置
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;										//波特率设置
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;						//字长为8位数据格式
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;							//一个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;								//无奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;	//无硬件数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;					//收发模式
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); 										//初始化串口1
	
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);  													//使能串口1 
	
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);									//开启相关中断

	//Usart1 NVIC 配置
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;								//串口1中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;							//抢占优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;								//子优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;									//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);													//根据指定的参数初始化VIC寄存器
}

void adc_init(void)
{
	//使能GPIOA的硬件时钟
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);  
	
	//使能ADC1硬件时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

	/* 配置ADC1通道5为模拟输入引脚 */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;			
	//引脚设置为模拟输入，能够识别更加广范围的电平(0V~3.3V任何电压)							
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;									
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	 ADC常规的初始化 
	
	/*独立模式，在当前的通道5只采用1个ADC硬件进行工作*/
	ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;						
	ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div2;						//ADC硬件的工作时钟= APB2(84MHz)/2=42MHz
	ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;			//禁止DMA
	//ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;	//如果采用多个ADC对某一个通道进行采样的时候，才需要设置
	ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
	
	
	 ADC1初始化
	 /*12位分辨率*/
	ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;				
	//因没有使用DMA，则不需要使用自动扫描模式。当前使用软件触发一次，则扫描一次			
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;		
	//模拟数字转换器一直工作											
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;				
	//禁止触发检测，不需要外部引脚电平识别来让ADC硬件工作				
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;	
	//右对齐	
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;			
	//执行一次转换结果				
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;										
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
	
	/* 指定ADC1常规通道5的采样时间，采样时间=3个ADC时钟时间，这是最短的时间*/
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_3Cycles);

	/* Enable ADC1 */
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);


}


int main(void)
{ 
	uint32_t adc_val,adc_vol;
	//系统定时器初始化，时钟源来自HCLK，且进行8分频，
	//系统定时器时钟频率=168MHz/8=21MHz
	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); 
		
	//设置中断优先级分组2
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	//串口1,波特率115200bps,开启接收中断
	USART1_Init(115200);
	
	
	//ADC初始化
	adc_init();
	
	while(1)
	{
		/* 1---启动ADC1进行转换*/ 
		ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
		
		/*2---等待转换结束，结束时标志位置1，1！=0，跳出循环*/
		while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==RESET);

		/*3---获取ADC转换后的数值*/
		adc_val=ADC_GetConversionValue(ADC1);
		
		//将ADC输出的结果值转换位电压值，打印
		adc_vol = adc_val*3300/4095;	
		printf("vol = %dmv\r\n",adc_vol);
		delay_ms(500);

	}
}
//串口1中断服务程序
void USART1_IRQHandler(void)                				
{
	uint8_t d;
	
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
	{
		d = USART_ReceiveData(USART1);		 		
	} 
} 

#后续练习
调整可调电阻以控制LED灯的亮度，ADC获取电压值，根据电压值实现PWM占空比。

部分代码：

void tim14_init(void)
{
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  		TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef  				  TIM_OCInitStructure;
	/* GPIOF clock enable */
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);

	/* GPIOF Configuration: TIM14 CH1 (PF9) */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 ;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;			//复用功能，使用引脚的第二功能
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP ;
	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 

	/* Connect TIM pins to AF9 */
	GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_TIM14);

	/* TIM14 clock enable */
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14, ENABLE);


	/* Time base configuration，100Hz*/
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (10000/100)-1;					//定时计数值,100Hz
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 8400;							//预分频值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;				//再次进行1分频
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;			//向上计数
	TIM_TimeBaseInit(TIM14, &TIM_TimeBaseStructure);


	/* PWM1 Mode configuration: Channel1 */
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OC1Init(TIM14, &TIM_OCInitStructure);


	TIM_OC1PreloadConfig(TIM14, TIM_OCPreload_Enable);					//自动重载初值，不断输出PWM脉冲
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM14, ENABLE);								//自动重载使能						

	/* TIM14 enable counter */
	TIM_Cmd(TIM14, ENABLE);

}

int main(void)
{
	uint32_t adc_val,adc_vol,pwm_cmp=0;;

	//系统时钟的时钟源=168MHz/8=21MHz
	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);

	//串口初始化，波特率为115200bps
	usart1_init(115200);

	//adc初始化，12位精度
	adc_init();

	//定时器14初始化为PWM，使用PWM通道1，当前频率为100Hz
	tim14_init();




	while(1)
	{
		/* Start ADC Software Conversion ，启动ADC*/ 
		ADC_SoftwareStartConv(ADC1);	

		//等待转换结束
		while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==RESET);

		//获取ADC转换后的数值
		adc_val=ADC_GetConversionValue(ADC1);

		//将ADC的数值转换为电压值
		adc_vol = adc_val *3300/4095;

		printf("vol=%dmv\r\n",adc_vol);

		//设置比较值
		pwm_cmp = (adc_vol/3300)*100 ;//占用当前比例是多少，所以要乘100

		TIM_SetCompare1(TIM14,pwm_cmp);

		printf("pwm compare=%d\r\n",pwm_cmp);


		delay_ms(500);
		
	}
}


void USART1_IRQHandler(void)
{
	uint8_t d;

	/* USART in Receiver mode */
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)  
	{
		d= USART_ReceiveData(USART1);

		USART_SendData(USART1, d);

		/* Loop until the end of transmission ，直到串口数据帧全部发送完毕*/
		while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);

	}

}

FPGA实验报告

一、概述

1、目的及意义：

LTC2308 是亚德诺半导体公司( Analog Devices Inc，ADI) 的一款低噪声 12 位高精度逐次逼近型模 数转换芯片( Analog to Digital Converter，ADC) ，最多可拥有 8 个模拟输入通道，具有高达 500 kSPS 的采 样速率以及一个兼容串行外设接口( Serial Peripheral Interface，SPI) 。

2、主要功能：

将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC，Analog to Digital Converter），A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟信号转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。

二、原理及步骤

1、原理框图：

2、工作原理

原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把时间间隔转换成数字量，属于间接转换。转换过程是：先将开关接通待转换的模拟量Vi，Vi采样输入到积分器，积分器从零开始固定时间T的正向积分，时间T到后，开关再接通与Vi极性相反的基准电压Vref，将Vref输入到积分器进行反向积分，直到输出位0V时停止积分。Vi越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。计数器在反向积分时间内所计的数值，就是模拟电压Vi所对应的数字量，实现了A/D转换。

3、功能模块简介

4、实验步骤

1、首先导入adc_ltc2308文件,阅读理解文件，根据要求修改时钟信号为25，运行程序，进行引脚配置。 
2、设计实验，编程实现思路，配置引脚如图：
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210526134302653.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ2MzAzNjEz,size_16,color_FFFFFF,t_70)

3、进行signaltap和simulation仿真。
4、调试完成之后然后烧写程序进行验证。

三、程序设计及描述
代码：

module adc_ltc2308(

	output [6:0] hex0,hex1,hex2,hex3,hex5,
	input   clk1,

	// start measure
	input		measure_start,//开始传输
	input		[2:0]	measure_ch,//通道选择
	output	reg	measure_done,//数据传输完毕标志
	
	output	ADC_CONVST,
	output	ADC_SCK,
	output	reg   ADC_SDI,
	input 	ADC_SDO//数据传输
);
//定义一些常量
`define DATA_BITS_NUM		12
`define CMD_BITS_NUM			6
`define CH_NUM					8
`define tWHCONV            3   
`define tCONV     			64 
`define tHCONVST           320 
`define tCONVST_HIGH_START	0 	
`define tCONVST_HIGH_END  	(`tCONVST_HIGH_START+`tWHCONV) 
`define tCONFIG_START		(`tCONVST_HIGH_END) 	
`define tCONFIG_END  		(`tCLK_START+`CMD_BITS_NUM - 1) 	
`define tCLK_START 			(`tCONVST_HIGH_START+`tCONV)
`define tCLK_END 	   		(`tCLK_START+`DATA_BITS_NUM)
`define tDONE 	   			(`tCLK_END+`tHCONVST)

reg	clk;//25mhz
wire	[11:0]	measure_dataread;//数字量显示

//25Mhz时钟
always @(posedge clk1)
begin
	clk <= !clk;
end

// create triggle message: reset_n
//设置复位信号
reg pre_measure_start;
always @ (posedge clk)	
begin
	pre_measure_start <= measure_start;
end

wire reset_n;
assign reset_n = (~pre_measure_start & measure_start)?1'b0:1'b1;

// tick
//时钟信号
reg [15:0] tick;	
always @ (posedge clk or negedge reset_n)	
begin
	if (~reset_n)
		tick <= 0;
	else if (tick < `tDONE)
		tick <= tick + 1;
end

// ADC_CONVST 
assign ADC_CONVST = (tick >= `tCONVST_HIGH_START && tick < `tCONVST_HIGH_END)?1'b1:1'b0;

// ADC_SCK 
reg clk_enable; // must sync to clk in clk low
always @ (negedge clk or negedge reset_n)	 
begin
	if (~reset_n)
		clk_enable <= 1'b0;
	else if ((tick >= `tCLK_START && tick < `tCLK_END))
		clk_enable <= 1'b1;
	else
		clk_enable <= 1'b0;
end

assign ADC_SCK = clk_enable?clk:1'b0;

// read data
//读取的数
reg [(`DATA_BITS_NUM-1):0] read_data;
reg [3:0] write_pos;

assign measure_dataread = read_data;

always @ (negedge clk or negedge reset_n)	
begin
	if (~reset_n)
	begin
		read_data <= 0;
		write_pos <= `DATA_BITS_NUM-1;
	end
	else if (clk_enable)
	begin
		read_data[write_pos] <= ADC_SDO;
		write_pos <= write_pos - 1;
	end
end

// measure done
wire read_ch_done;

assign read_ch_done = (tick == `tDONE)?1'b1:1'b0;

//数据接收完毕标志
always @ (posedge clk or negedge reset_n)	
begin
	if (~reset_n)
		measure_done <= 1'b0;
	else if (read_ch_done)
		measure_done <= 1'b1;
end

// adc channel config

// pre-build config command
reg [(`CMD_BITS_NUM-1):0] config_cmd;


`define UNI_MODE		1'b1   //1: Unipolar, 0:Bipolar
`define SLP_MODE		1'b0   //1: enable sleep

always @(negedge reset_n)
begin
	if (~reset_n)
	begin
		case (measure_ch)
			0 : config_cmd <= {4'h8, `UNI_MODE, `SLP_MODE}; 
			1 : config_cmd <= {4'hC, `UNI_MODE, `SLP_MODE}; 
			2 : config_cmd <= {4'h9, `UNI_MODE, `SLP_MODE}; 
			3 : config_cmd <= {4'hD, `UNI_MODE, `SLP_MODE}; 
			4 : config_cmd <= {4'hA, `UNI_MODE, `SLP_MODE}; 
			5 : config_cmd <= {4'hE, `UNI_MODE, `SLP_MODE}; 
			6 : config_cmd <= {4'hB, `UNI_MODE, `SLP_MODE}; 
			7 : config_cmd <= {4'hF, `UNI_MODE, `SLP_MODE}; 
			default : config_cmd <= {4'hF, 2'b00}; 
		endcase
	end
end

// serial config command to adc chip
wire config_init;
wire config_enable;
wire config_done;
reg [2:0] sdi_index;

assign config_init = (tick == `tCONFIG_START)?1'b1:1'b0;	
assign config_enable = (tick > `tCLK_START && tick <= `tCONFIG_END)?1'b1:1'b0;	// > because this is negative edge triggle
assign config_done = (tick > `tCONFIG_END)?1'b1:1'b0;	
always @(negedge clk)	
begin
	if (config_init)
	begin
		ADC_SDI <= config_cmd[`CMD_BITS_NUM-1];
		sdi_index <= `CMD_BITS_NUM-2;
	end
	else if (config_enable)
	begin
		ADC_SDI <= config_cmd[sdi_index];
		sdi_index <= sdi_index - 1;
	end
	else if (config_done)
		ADC_SDI <= 1'b0; //
end
	
	//数字量显示
	hex_7seg seg0(.hex(measure_dataread%10) ,.sseg(hex0));
	hex_7seg seg1(.hex(measure_dataread%100/10) ,.sseg(hex1));
	hex_7seg seg2(.hex(measure_dataread%1000/100) ,.sseg(hex2));
	hex_7seg seg3(.hex(measure_dataread/1000) ,.sseg(hex3));
	//通道显示
	hex_7seg seg4(.hex(measure_ch) ,.sseg(hex5));

endmodule

四、仿真与综合测试
1、 仿真图

2、 实物图
拓展题：
这里显示的四位数就是模拟量，

A0=0 AM=4.095 N0=0,NM=4095,NX（实际显示量）如图：

五、总结
1、该实例可通过主机（FPGA）通过选择不同的通道与不同的从机进行数据交换，且可以通过拨码开关调整收发状态。
2、ADC 转换器及其控制电路作为联系模拟信号和数字系统必不可少的部分，其重要性已经不言而喻。利用硬件描述语言( Hardware Description Language，HDL) 来设计 ADC 的控制系统，不但可以更容易 了解 ADC 芯片的时序和控制方法，还能最大限度的发挥其性能，并方便于各种 FPGA 芯片上移植应用。 本文通过对 LTC2308 的具体时序特点进行分析，采用 Verilog HDL 基于行为描述设计其控制器，并进一 步以 Intel 的 Avalon 总线为例，封装成基于 Memory Mapped 的 IP 核，方便系统集成使用。