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## **ADC理論基礎**
* **模擬信號**:模擬信號是指用連續變化的物理量所表達的信息,特點是信號值的變化是連續的,如下圖所示。

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* **數字信號**:數字信號是指用一系列斷續變化的脈沖數字量所表達的信息,特點是信號值會特然變化,如下圖所示。

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* **ADC**:即模數轉換,指模擬信號轉換為數字信號的過程。舉個例子,例如下圖中的黑色線為一個模擬信號,可以通過特定的規則或者算法將其轉換為階梯狀的數字信號。

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  本節課將會以STM32F030的PA0這個IO口作為模擬信號的輸入口,然后把這個模擬信號轉換為數字信號。
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## **ADC 的 HCL API 設計**
ADC的HAL API比較簡單,只需要初始化和讀取數據的API即可,如圖所示。

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## **編寫代碼**
筆者在本節課配套的源代碼中新建了 hal\_adc.h 和 hal\_adc.c文件,如圖所示。

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打開本節課配套的工程,筆者把hal\_adc.c以及必要的標準庫文件添加進工程了,如圖所示。

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hal_adc.h文件的代碼如下:
```
#ifndef __HAL_ADC_H__
#define __HAL_ADC_H__
/*
*初始化ADC
*/
void halAdcInit(void);
/*
*讀取ADC值
*/
unsigned int halAdcRead(void);
#endif /* __HAL_ADC_H__ */
```
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hal_adc.c文件代碼如下:
```
#include "hal_adc.h"
#include "stm32f0xx_adc.h"
/*
*初始化ADC
*/
void halAdcInit()
{
GPIO_InitTypeDef gpioCfg;//定義GPIO配置
ADC_InitTypeDef adcCfg;//定義ADC配置
/* 配置PA0 */
gpioCfg.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;//指定引腳為Pin 0
gpioCfg.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
gpioCfg.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
/* 配置ADC */
adcCfg.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;//ADC值的分辨率為12位
adcCfg.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//不要進行持續的轉換。在halAdcRead函數每次讀取ADC值時,會重新啟動轉換過程
adcCfg.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
adcCfg.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
adcCfg.ADC_ScanDirection = ADC_ScanDirection_Backward;
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
RCC_ADCCLKConfig(RCC_ADCCLK_PCLK_Div4);
ADC_DeInit(ADC1);
GPIO_Init(GPIOA, &gpioCfg);//初始化PA0
ADC_Init(ADC1, &adcCfg);//初始化ADC1
/* Convert the ADC1 Vref with 55.5 Cycles as sampling time */
ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, ADC_SampleTime_55_5Cycles);
ADC_GetCalibrationFactor(ADC1);
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_ADEN));
ADC_StartOfConversion(ADC1);
}
/*
*讀取ADC值
*
*@return ADC值
*/
unsigned int halAdcRead()
{
ADC_StartOfConversion(ADC1);
while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == RESET);
return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}
```
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## **使用ADC HAL API**
編寫好ADC HAL API后,ADC的使用非常簡單。在配套工程的main.c文件中添加如下代碼:
###
```
/*
* 通過串口接收到信息時的回調函數
* @param byte - 接收到的數據
*/
static void onUartIRQ(unsigned char byte)
{}
int main(void)
{
halSystemInit();//系統初始化
halUartInit(115200);//串口通信初始化,并設置波特率為115200
halUartSetIRQCallback(onUartIRQ);//注冊串口通信回調函數,當通過串口接收到信息時自動調用此函數
halAdcInit();//ADC初始化
/* 每隔1秒讀取一次ADC值并通過串口發送出去 */
while (1)
{
halSystemDelayUs(1000 * 1000);//延時1000*1000微秒,即1秒
char debug[32];
sprintf(debug, "ADC=%d\n", halAdcRead());//讀取ADC值,并格式化保存到debug變量中
halUartWrite((uint8_t *)debug, strlen(debug));//把debug通過串口發送出去
}
}
```
###
上述代碼使用了格式化函數sprintf和字符串長度計算函數strlen,這兩個函數在以下頭文件中:
###
```
#include <stdio.h>
#include <string.h>
```
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**代碼測試**
1.編譯鏈接工程代碼,把生成的Hex文件燒錄到開發板中。
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2.把開發板的撥碼開關的第1~4位打到右邊,第5、6位打到左邊,如圖所示。

接著,使用配套的Micro USB線連接開發板到電腦上。
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3.然后打開串口調試助手,并按照《串口通信實驗》章節的說明做好相關配置。
###
4.讀者可以看到由PA0這個IO口輸入的模擬信號經過ADC后的值,如圖所示。

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**進一步解釋**
在《GPIO實驗:按鍵》章節曾經講解過,STM32F030的PA0是與一個名為“User”的按鍵連接的,如圖所示。

###
* 按鍵沒有被按下時,PA0為浮空輸入,即PA0的輸入電平是不確定的。
* 按鍵被按下后,PA0連接3v3的電源,因此PA0的輸入電平是3v3。
也就是說,PA0將會輸入0~3.3v的模擬信號。main函數中的halAdcRead()函數作用是讀取當前的模擬信號值,然后把這個值映射到[0,4095]這個范圍中,例如:
* 如果讀取到的模擬信號值為3.3v左右,那么halAdcRead()函數的返回值為4095左右;
* 如果讀取到的模擬信號值為0v左右,那么halAdcRead()函數的返回值為0左右;
* 如果讀取到的模擬信號值為1.65v左右,那么halAdcRead()函數的返回值為2047左右。
###
[0,4095]這個取值范圍是由ADC初始化函數halAdcInit()中的以下配置決定的:
```
adcCfg.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;//ADC值的分辨率為12位
```
讀者也可以把分辨率設置為8位,此時的取值范圍即為[0,255],對應的配置代碼如下:
```
adcCfg.ADC_Resolution = ADC_Resolution_8b;//ADC值的分辨率為8位
```
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**進一步擴展**
在ADC初始化函數halAdcInit()中,筆者使用了PA0作為模擬信號的輸入接口,讀者也可以更改其中的配置來使用其它GPIO作為輸入接口。
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