f401和f407,f401和f407的區別

1）實驗平臺：alientek 阿波羅 STM32F767 開發板

2）摘自《STM32F7 開發指南(HAL 庫版)》關注官方微信號公眾號，獲取更多資料：正點原子

第二十三章 ADC 實驗

本章我們將向大家介紹 STM32F4 的 ADC 功能。在本章中，我們將使用 STM32F4 的 ADC1

通道 5 來采樣外部電壓值，并在 TFTLCD 模塊上顯示出來。本章將分為如下幾個部分：

23.1 STM32F4 ADC 簡介

23.2 硬件設計

23.3 軟件設計

23.4 下載驗證

23.1 STM32F4 ADC 簡介

STM32F4xx 系列一般都有 3 個 ADC，這些 ADC 可以獨立使用，也可以使用雙重/三重模

式（提高采樣率）。STM32F4 的 ADC 是 12 位逐次逼近型的模擬數字轉換器。它有 19 個通道，

可測量 16 個外部源、2 個內部源和 Vbat 通道的信號。這些通道的 A/D 轉換可以單次、連續、

掃描或間斷模式執行。ADC 的結果可以左對齊或右對齊方式存儲在 16 位數據寄存器中。 模擬

看門狗特性允許應用程序檢測輸入電壓是否超出用戶定義的高/低閥值。

STM32F407ZGT6 包含有 3 個 ADC。STM32F4 的 ADC 最大的轉換速率為 2.4Mhz，也就是

轉換時間為 0.41us（在 ADCCLK=36M,采樣周期為 3 個 ADC 時鐘下得到），不要讓 ADC 的時

鐘超過 36M，否則將導致結果準確度下降。

STM32F4 將 ADC 的轉換分為 2 個通道組：規則通道組和注入通道組。規則通道相當于你

正常運行的程序，而注入通道呢，就相當于中斷。在你程序正常執行的時候，中斷是可以打斷

你的執行的。同這個類似，注入通道的轉換可以打斷規則通道的轉換， 在注入通道被轉換完成

之后，規則通道才得以繼續轉換。

通過一個形象的例子可以說明：假如你在家里的院子內放了 5 個溫度探頭，室內放了 3 個

溫度探頭；你需要時刻監視室外溫度即可，但偶爾你想看看室內的溫度；因此你可以使用規則

通道組循環掃描室外的 5 個探頭并顯示 AD 轉換結果，當你想看室內溫度時，通過一個按鈕啟

動注入轉換組(3 個室內探頭)并暫時顯示室內溫度，當你放開這個按鈕后，系統又會回到規則通

道組繼續檢測室外溫度。從系統設計上，測量并顯示室內溫度的過程中斷了測量并顯示室外溫

度的過程，但程序設計上可以在初始化階段分別設置好不同的轉換組，系統運行中不必再變更

循環轉換的配置，從而達到兩個任務互不干擾和快速切換的結果。可以設想一下，如果沒有規

則組和注入組的劃分，當你按下按鈕后，需要從新配置 AD 循環掃描的通道，然后在釋放按鈕

后需再次配置 AD 循環掃描的通道。

上面的例子因為速度較慢，不能完全體現這樣區分(規則通道組和注入通道組)的好處，但

在工業應用領域中有很多檢測和監視探頭需要較快地處理，這樣對 AD 轉換的分組將簡化事件

處理的程序并提高事件處理的速度。

STM32F4 其 ADC 的規則通道組最多包含 16 個轉換，而注入通道組最多包含 4 個通道。關

于這兩個通道組的詳細介紹，請參考《STM32F4xx 中文參考手冊》第 250 頁，第 11.3.3 節。

STM32F4 的 ADC 可以進行很多種不同的轉換模式，這些模式在《STM32F4xx 中文參考手

冊》的第 11 章也都有詳細介紹，我們這里就不在一一列舉了。我們本章僅介紹如何使用規則通

道的單次轉換模式。

STM32F4 的 ADC 在單次轉換模式下，只執行一次轉換，該模式可以通過 ADC_CR2 寄存

器的 ADON 位（只適用于規則通道）啟動，也可以通過外部觸發啟動（適用于規則通道和注入

通道），這時 CONT 位為 0。

以規則通道為例，一旦所選擇的通道轉換完成，轉換結果將被存在 ADC_DR 寄存器中，

EOC（轉換結束）標志將被置位，如果設置了 EOCIE，則會產生中斷。然后 ADC 將停止，直

到下次啟動。

接下來，我們介紹一下我們執行規則通道的單次轉換，需要用到的 ADC 寄存器。第一個

要介紹的是 ADC 控制寄存器（ADC_CR1 和 ADC_CR2）。ADC_CR1 的各位描述如圖 23.1.1 所

示：

圖 23.1.1 ADC_CR1 寄存器各位描述

這里我們不再詳細介紹每個位，而是抽出幾個我們本章要用到的位進行針對性的介紹，詳

細的說明及介紹，請參考《STM32F4xx 中文參考手冊》第 11.13.2 節。

ADC_CR1 的 SCAN 位，該位用于設置掃描模式，由軟件設置和清除，如果設置為 1，則

使用掃描模式，如果為 0，則關閉掃描模式。在掃描模式下，由 ADC_SQRx 或 ADC_JSQRx 寄

存器選中的通道被轉換。如果設置了 EOCIE 或 JEOCIE，只在最后一個通道轉換完畢后才會產

生 EOC 或 JEOC 中斷。

ADC_CR1[25:24]用于設置 ADC 的分辨率，詳細的對應關系如圖 23.1.2 所示：

圖 23.1.2 ADC 分辨率選擇

本章我們使用 12 位分辨率，所以設置這兩個位為 0 就可以了。接著我們介紹 ADC_CR2，

該寄存器的各位描述如圖 23.1.3 所示：

圖 23.1.3 ADC_CR2 寄存器各位描述

該寄存器我們也只針對性的介紹一些位：ADON 位用于開關 AD 轉換器。而 CONT 位用于

設置是否進行連續轉換，我們使用單次轉換，所以 CONT 位必須為 0。ALIGN 用于設置數據對

齊，我們使用右對齊，該位設置為 0。

EXTEN[1:0]用于規則通道的外部觸發使能設置，詳細的設置關系如圖 23.1.4 所示：

圖 23.1.4 ADC 規則通道外部觸發使能設置

我們這里使用的是軟件觸發，即不使用外部觸發，所以設置這 2 個位為 0 即可。ADC_CR2

的 SWSTART 位用于開始規則通道的轉換，我們每次轉換（單次轉換模式下）都需要向該位寫

1。

第二個要介紹的是 ADC 通用控制寄存器（ADC_CCR），該寄存器各位描述如圖 23.1.5 所

示：

圖 23.1.5 ADC_CCR 寄存器各位描述

該寄存器我們也只針對性的介紹一些位：TSVREFE 位是內部溫度傳感器和 Vrefint 通道使

能位，內部溫度傳感器我們將在下一章介紹，這里我們直接設置為 0。ADCPRE[1:0]用于設置

ADC 輸入時鐘分頻，00~11 分別對應 2/4/6/8 分頻，STM32F4 的 ADC 最大工作頻率是 36Mhz，

而 ADC時鐘（ADCCLK）來自 APB2，APB2頻率一般是 84Mhz，所以我們一般設置 ADCPRE=01，

即 4 分頻，這樣得到 ADCCLK 頻率為 21Mhz。MULTI[4:0]用于多重 ADC 模式選擇，詳細的設

置關系如圖 23.1.6 所示：

圖 23.1.6 多重 ADC 模式選擇設置

本章我們僅用了 ADC1（獨立模式），并沒用到多重 ADC 模式，所以設置這 5 個位為 0 即

可。

第三個要介紹的是 ADC 采樣時間寄存器（ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2），這兩個寄存器

用于設置通道 0~18 的采樣時間，每個通道占用 3 個位。ADC_SMPR1 的各位描述如圖 23.1.7

所示：

圖 23.1.7 ADC_SMPR1 寄存器各位描述

ADC_SMPR2 的各位描述如下圖 23.1.8 所示：

圖 23.1.8 ADC_SMPR2 寄存器各位描述

對于每個要轉換的通道，采樣時間建議盡量長一點，以獲得較高的準確度，但是這樣會降

低 ADC 的轉換速率。ADC 的轉換時間可以由以下公式計算：

Tcovn=采樣時間+12 個周期

其中：Tcovn 為總轉換時間，采樣時間是根據每個通道的 SMP 位的設置來決定的。例如，

當 ADCCLK=21Mhz 的時候，并設置 3 個周期的采樣時間，則得到：Tcovn=3+12=15 個周期

=0.71us。

第四個要介紹的是 ADC 規則序列寄存器（ADC_SQR1~3）,該寄存器總共有 3 個，這幾個

寄存器的功能都差不多，這里我們僅介紹一下 ADC_SQR1，該寄存器的各位描述如圖 23.1.9 所

示：

圖 23.1.9 ADC_ SQR1 寄存器各位描述

L[3：0]用于存儲規則序列的長度，我們這里只用了 1 個，所以設置這幾個位的值為 0。其

他的 SQ13~16 則存儲了規則序列中第 13~16 個通道的編號（0~18）。另外兩個規則序列寄存器

同 ADC_SQR1 大同小異，我們這里就不再介紹了，要說明一點的是：我們選擇的是單次轉換，

所以只有一個通道在規則序列里面，這個序列就是 SQ1，至于 SQ1 里面哪個通道，完全由用戶

自己設置，通過 ADC_SQR3 的最低 5 位（也就是 SQ1）設置。

第五個要介紹的是 ADC 規則數據寄存器(ADC_DR)。規則序列中的 AD 轉化結果都將被存

在這個寄存器里面，而注入通道的轉換結果被保存在 ADC_JDRx 里面。ADC_DR 的各位描述

如圖 23.1.10：

圖 23.1.10 ADC_ JDRx 寄存器各位描述

這里要提醒一點的是，該寄存器的數據可以通過 ADC_CR2 的 ALIGN 位設置左對齊還是

右對齊。在讀取數據的時候要注意。

最后一個要介紹的 ADC 寄存器為 ADC 狀態寄存器（ADC_SR），該寄存器保存了 ADC 轉

換時的各種狀態。該寄存器的各位描述如圖 23.1.11 所示：

圖 23.1.11 ADC_ SR 寄存器各位描述

這里我們僅介紹將要用到的是 EOC 位，我們通過判斷該位來決定是否此次規則通道的 AD

轉換已經完成，如果該位位 1，則表示轉換完成了，就可以從 ADC_DR 中讀取轉換結果，否則

等待轉換完成。

至此，本章要用到的 ADC 相關寄存器全部介紹完畢了，對于未介紹的部分，請大家參考

《STM32F4xx 中文參考手冊》第 11 章相關章節。通過以上介紹，我們了解了 STM32F4 的單次

轉換模式下的相關設置，接下來我們介紹使用庫函數來設置 ADC1 的通道 5 來進行 AD 轉換的

步驟，這里需要說明一下，使用到的庫函數分布在 stm32f4xx_adc.c 文件和 stm32f4xx_adc.h 文

件中。下面講解其詳細設置步驟：

1）開啟 PA 口時鐘和 ADC1 時鐘，設置 PA5 為模擬輸入。

STM32F407ZGT6 的 ADC1 通道 5 在 PA5 上，所以，我們先要使能 GPIOA 的時鐘，然后

設置 PA5 為模擬輸入。同時我們要把 PA5 復用為 ADC，所以我們要使能 ADC1 時鐘。

這里特別要提醒，對于 IO 口復用為 ADC 我們要設置模式為模擬輸入，而不是復用功能，

也不需要調用 GPIO_PinAFConfig 函數來設置引腳映射關系。

使能 GPIOA 時鐘和 ADC1 時鐘都很簡單，具體方法為：

這里需要說明一下，ADC 的通道與引腳的對應關系在 STM32F4 的數據手冊可以查到，我

們這里使用 ADC1 的通道 5，在數據手冊中的表格為：

表 23.1.12 ADC1 通道 5 對應引腳查看表

這里我們把 ADC1~ADC3 的引腳與通道對應關系列出來， 16 個外部源的對應關系如下表：

表 23.1.13 ADC1~ADC3 引腳對應關系表

2）初始化 ADC，設置 ADC 時鐘分頻系數，分辨率，模式，掃描方式，對齊方式等信息。

在 HAL 庫中，初始化 ADC 是通過函數 HAL_ADC_Init 來實現的，該函數聲明為：

該結構體定義和其他外設比較類似，我們著重看第二個成員變量 Init 含義，它是結構體

ADC_InitTypeDef 類型，結構體 ADC_InitTypeDef 定義為：

我們直接把每個成員變量含義注釋在結構體定義的后面，請大家仔細閱讀上面注釋。

這里我們需要說明一下，和其他外設一樣，HAL 庫同樣提供了 ADC 的 MSP 初始化函數，

一般情況下，時鐘使能和 GPIO 初始化都會放在 MSP 初始化函數中。函數聲明為：

4）開啟 AD 轉換器。

在設置完了以上信息后，我們就開啟 AD 轉換器了（通過 ADC_CR2 寄存器控制）。

HAL_ADC_Start(&ADC1_Handler); //開啟 ADC

5）配置通道，讀取通道 ADC 值。

在上面的步驟完成后，ADC 就算準備好了。接下來我們要做的就是設置規則序列 1 里面的

通道，然后啟動 ADC 轉換。在轉換結束后，讀取轉換結果值值就是了。

設置規則序列通道以及采樣周期的函數是:

該函數有兩個入口參數，第一個就不用多說了，接下來我們看第二個入口參數 sConfig，它

是 ADC_ChannelConfTypeDef 結構體指針類型，結構體定義如下：

該結構體有四個成員變量，對于 STM32F4 只用到前面三個。Channel 用來設置 ADC 通道，

Rank 用來設置要配置的通道是規則序列中的第幾個轉換，SamplingTime 用來設置采樣時間。

使用實例為：

配置好通道并且使能 ADC 后，接下來就是讀取 ADC 值。這里我們采取的是查詢方式讀取，

所以我們還要等待上一次轉換結束。此過程 HAL 庫 提 供 了 專 用 函 數

等待上一次轉換結束之后，接下來就是讀取 ADC 值，函數為：

這兩個函數的使用方法都比較簡單，這里我們就不累贅了。

這里還需要說明一下ADC的參考電壓，探索者STM32F4開發板使用的是STM32F407ZGT6，

該芯片只有 Vref+參考電壓引腳，Vref+的輸入范圍為：1.8~VDDA。探索者 STM32F4 開發板通

過 P7 端口，來設置 Vref+的參考電壓，默認的我們是通過跳線帽將 ref+接到 VDDA，參考電壓

就是 3.3V。如果大家想自己設置其他參考電壓，將你的參考電壓接在 Vref+上就 OK 了（注意

要共地）。另外，對于還有 Vref-引腳的 STM32F4 芯片，直接就近將 Vref-接 VSSA 就可以了。

本章我們的參考電壓設置的是 3.3V。

通過以上幾個步驟的設置，我們就能正常的使用 STM32F4 的 ADC1 來執行 AD 轉換操作

了。

23.2 硬件設計

本實驗用到的硬件資源有：

1） 指示燈 DS0

2） TFTLCD 模塊

3） ADC

4） 杜邦線

前面 2 個均已介紹過，而 ADC 屬于 STM32F4 內部資源，實際上我們只需要軟件設置就可

以正常工作，不過我們需要在外部連接其端口到被測電壓上面。本章，我們通過 ADC1 的通道

5（PA5）來讀取外部電壓值，探索者 STM32F4 開發板沒有設計參考電壓源在上面，但是板上

有幾個可以提供測試的地方：1，3.3V 電源。2，GND。3，后備電池。注意：這里不能接到板

上 5V 電源上去測試，這可能會燒壞 ADC!。

因為要連接到其他地方測試電壓，所以我們需要 1 跟杜邦線，或者自備的連接線也可以，

一頭插在多功能端口 P12 的 ADC 插針上（與 PA5 連接），另外一頭就接你要測試的電壓點（確

保該電壓不大于 3.3V 即可）。

23.3 軟件設計

打開實驗工程可以發現，我們在 FWLIB 分組下面新增了 stm32f4xx_hal_adc.c 源文件，同

時會引入對應的頭文件 stm32f4xx_hal_adc.h。ADC 相關的庫函數和宏定義都分布在這兩個文件

中。同時，我們在 HARDWARE 分組下面新建了 adc.c，也引入了對應的頭文件 adc.h。這兩個

文件是我們編寫的 adc 相關的初始化函數和操作函數。

打開 adc.c，代碼如下：

此部分代碼就 3 個函數，Adc_Init 函數用于初始化 ADC1。這里基本上是按我們上面的步

驟來初始化的，我們用標號①~④標示出來步驟。這里我們僅開通了 1 個通道，即通道 5。第二

個函數 Get_Adc，用于讀取某個通道的 ADC 值，例如我們讀取通道 5 上的 ADC 值，就可以通

過 Get_Adc（ADC_Channel_5）得到。最后一個函數 Get_Adc_Average，用于多次獲取 ADC 值，

取平均，用來提高準確度。

頭文件 adc.h 代碼比較簡單，主要是三個函數申明。接下來我們看看 main 函數內容：

此部分代碼，我們在 TFTLCD 模塊上顯示一些提示信息后，將每隔 250ms 讀取一次 ADC

通道 5 的值，并顯示讀到的 ADC 值（數字量），以及其轉換成模擬量后的電壓值。同時控制 LED0

閃爍，以提示程序正在運行。這里關于最后的 ADC 值的顯示我們說明一下，首先我們在液晶

固定位置顯示了小數點，然后后面計算步驟中，先計算出整數部分在小數點前面顯示，然后計

算出小數部分，在小數點后面顯示。這樣就在液晶上面顯示轉換結果的整數和小數部分。

23.4 下載驗證

在代碼編譯成功之后，我們通過下載代碼到 ALIENTEK 探索者 STM32F4 開發板上，可以

看到 LCD 顯示如圖 23.4.1 所示：

圖 23.4.1 ADC 實驗測試圖

上圖中，我們是將 ADC 和 TPAD 連接在一起，可以看到 TPAD 信號電平為 3V 左右，這是

因為存在上拉電阻 R64 的緣故。

同時伴隨 DS0 的不停閃爍，提示程序在運行。大家可以試試把杜邦線接到其他地方，看看

電壓值是否準確？但是一定別接到 5V 上面去，否則可能燒壞 ADC！

特別注意：STM32F4 的 ADC 精度貌似不怎么好，ADC 引腳直接接 GND，都可以讀到十

幾的數值，相比 STM32F103 來說，要差了一些，在使用的時候，請大家注意下這個問題。

通過這一章的學習，我們了解了 STM32F4 ADC 的使用，但這僅僅是 STM32F4 強大的 ADC

功能的一小點應用。STM32F4 的 ADC 在很多地方都可以用到，其 ADC 的 DMA 功能是很不錯

的，建議有興趣的大家深入研究下 STM32F4 的 ADC，相信會給你以后的開發帶來方便。