如何利用单片机的 ADC 模块(或者独立的 ADC 芯片)得到接入 ADC 管脚上的实际电压值? 这个问题,是第一次接触 ADC 时候,大家都会遇到的问题。

单片机会读到什么值? 需要看一个特性,就是几位的 ADC,在手册上就会给出,例如,STM32 的 ADC 是 12 位的。另外,还有 8 位,10 位,16 位,24 位等。

我先告诉你答案:STM32 读到的 ADC 值,是从 0 到 4095,当你把 ADC 引脚接了 GND,读到的就是 0,当你把 ADC 引脚接了 VDD,读到的就是 4095。

接下来告诉你为什么:前面提到,STM32 的 ADC 是 12 位的,我们知道,8 位的值是从 0 ~ 255;16 位的值,是从 0 ~ 65535。这两个位的最大值,是我们最为熟悉的。

(怎么算出来的?这问题就又降低到另一个层面了,这里我们说的几位的值,每个位只能是 0 或者 1,比如 2 位的值,可以表示为 00 01 10 11 四种不同的值,这是以 2 进制表示的,转换成十进制就是 0 1 2 3,所以得出结论,2 位的值可以表示从 0 ~ 3。同理,3 位的值,可以表示十进制的 0 ~ 7,你可以展开计算一下。4 位的值,可以表示 0 ~ 15,5 位的值,可以表示从 0 ~ 31,同理,你可以得出任意位的值可以表示的范围。)

所以,12 位的值,可以表示从 0 ~ 4095(2^12),这就是先在感性上,认识了为什么 12 位的 ADC 的值,是从 0 ~ 4095。

读到的值怎么换算成实际的电压值?
前面提到了,我们输入 GND,读到的值是 0,输入 VDD,得到的值是 4095,那么,当你读到 2035 的时候,你知道输入电压多少 V 吗?这个问题,归根接地,就到了数学 XY 坐标,已知两点坐标值(0, 0)(3.3, 4095),给出任意 X 坐标值,求 Y 值的问题了吧?简单不简单?

ADC 测电压示意图:

在这里插入图片描述

参考电压是什么?

讨论这个问题之前,你先拿万用表量一下你的 VDDA 的实际电压是多大?是不是标准的 3.300V?应该不是吧?或许是 2.296V,或许是 3.312V。然后你把 VDD 连接到 ADC 引脚之后,得到的是 4095,也就是,实际上,当你读出 4095 这个数据的时候,实际的电压值不是你想象中的 3.300V。有些初学者,觉得几毫伏的电压差无所谓,但实际应用中,几毫伏就可能代表很大的实际工况,例如,在一个量程为 50 克的电子称上。

所以,这时候,芯片厂商就想了一个办法,给 ADC 模块中引入参考电压,由非常标准的参考电压芯片来接入参考电压引脚。标准的电压芯片,我们一般叫做参考电压芯片,或者叫做基准电压芯片。例如 REF3133(输出 3.300V) REF3025(输出 2.500V)等等。

注意:STM32 的 100 脚以上(含 100 脚)有参考电压引脚。在没有参考电压引脚的单片机上,可以把基准电压芯片接入 VDDA,但是 VDDA 和 VDD 的电压差不能超过 0.3V,例如,VDD 是 3.3V 的话,可以给 VDDA 接入一个 3.3V 的参考电压芯片或者 3.0V 的参考电压芯片,但是不能接入 2.5V 的参考电压芯片,后果就是芯片不能工作。

ADC 引脚的输入电压范围是多大
一般情况下,ADC 引脚的输入电压,是从 0 ~ VDD,如果有 REF 引脚,一般是 0 ~ Vref,也有 0 ~ 2Vref 的情况。

如果被测的电压大于 ADC 的输入电压,例如,要用 STM32 测量 0 ~ 5V 的电压的话,可以在输入 ADC 引脚之前,加入电阻分压和放大器电路。

注意:如果用内部基准电压作为参考基准,公式就跟用外部芯片供电电压测量有点不同

#define REF_VOLTAGE     1224UL        // 基准电压千倍
#define VOLTAGE         3300UL        // 电压千倍
#define ADC_DIP(X)      (X)           // ADC分辨率
  • 一般我们用外部芯片供电电压为参考基准就用下面那个公式,也就是上面说的 XY 比例

    Voltage_value = (uint32_t)(ADC_value*VOLTAGE >> ADC_DIP (12)); // 换算成千倍的电压值

  • 若用内部基准电压作为参考则用以下公式

    Voltage_value = (uint32_t)((REF_VOLTAGE << ADC_DIP (12)) / ADC_value); // 换算成千倍的电压值

内置的参照电压看芯片的 datasheet;外部芯片供电电压最好用万用表测一下

更新于 阅读次数

请我喝[茶]~( ̄▽ ̄)~*

夏沫の浅雨 微信支付

微信支付

夏沫の浅雨 支付宝

支付宝