求助：STM32-ADC采样不准，计算误差0.16V

SUPER_CRJ

修改日期：2021年8月4日12:1:31，终于找到原因了，感谢大家回复，楼主位更新：具体原因（放在楼主位最后。）感谢大家回复。

RT，检查了一下午加晚上没检查出结果，也换了两块板子，结果都是一样的，应该不是硬件问题。
之前一直没有做过模拟电路这块，本来准备通过计算ADC，计算干电池还有多少电。

具体：原理如图，大致是：把9V干电池：引出两个电阻串联分压后接到了：PB1引脚上，STM32F103RET6，通过多次的单次转换用平均值计算出电压。
结果：万用表电压：0.81V，ADC计算电压：0.65V这样。就是差电压。中间尝试加上0.1uf电容，增加转换时间，换分压电阻，始终不行，但是：如果强制引脚接GND或者3.3V其采样值是最小和最大。麻烦大神帮看看是什么问题。
具体代码（用的寄存器模式，都是按位操作的）：
1：初始化

1. { // ADC电池电压指示，根据手册：AMS1117-5.0最小可以到1.4V压差。
   
2.                 // 所以在：5.0+1.4（6.4V） - 5.0+2V(7V)之间提示：更换电池！
   
3.                 // 方案：采样16次，取平均值。
   
4.                 { // GPIO配置：引脚配置为模拟输入模式
   
5.                         RCC->APB2ENR.IOPBClockEnable_RW = ENABLE;
   
6.                         GPIOB->CRL.InOutMode1_RW = GPIO_CR_INOUNTMODE_INPUT;
   
7.                         GPIOB->CRL.PinConfig1_RW = GPIO_CR_PINCONFG_IN_ANALOG;
   
8.                 }
   
9.                 RCC->APB2ENR.ADC1ClockEnable_RW = ENABLE;
   
10.                 RCC->CFGR.ADCPrescale_RW = 2;  // ADC6分频 - 禁止超过14MHZ
    
11.                 RCC->APB2RSTR.ADC1Reset_RW = ENABLE;
    
12.                 RCC->APB2RSTR.ADC1Reset_RW = DISABLE;
    
13.                 { //
    
14.                         ADC1->SQR1.RegularChannelSequenceLengthMinusOne_RW = 0;  // 拥有一个转换
    
15.                         ADC1->SMPR2.SampleTime9_RW = 2; // 采样周期设置。
    
16.                         ADC1->CR2.ADONEnable_RW = ENABLE; // 开启ADC转换
    
17.                         for( vu32 i = 0;i<0xFFFFF;i++ );  // 校准前，要保持一定时间
    
18.                         ADC1->CR2.ADCCalibration_RW = ENABLE;
    
19.                         while(ADC1->CR2.ADCCalibration_RW == 1); //等待转换结束
    
20.                         ADCalibrationValue = ADC1->DR.RegularData_R&0xFFF; // 获取校正值
    
21.                 }
    
22.                 for( vu32 i = 0;i<0xFFFFF;i++ );  // 等待20ms用来启动传输
    
23.                 ADC1->SQR3.RegularSequence1_RW = 9; // 第9个通道。
    
24.                 ADC1->CR2.ADONEnable_RW = ENABLE;  // 开启一次转换
    
25.         }

复制代码

2：循环采集，同时计算：

1. if( refreshDisCount == 0 ){ // 200ms左右的显示
   
2.         { // ADC采样 - 使用单次采样，总共采样16次，使用平均值。
   
3.                 // 采样16C时间：200*16 = 3200，大约3.2S
   
4.                 ADC1->CR2.ADONEnable_RW = ENABLE;  // 开启一次转换
   
5.                 while(ADC1->SR.EndOfConversion_RCW0 == 0); // 等待转换完成
   
6.                 ADCValue_MV[adcCount++] = ADC1->DR.RegularData_R;
   
7.                 if( adcCount >= 16 ){
   
8.                         adcCount = 0;
   
9.                         adcAvrValue = 0;
   
10.                         for( u8 i = 0;i<16;i++ ){
    
11.                                 adcAvrValue += ADCValue_MV[i];
    
12.                         }
    
13.                         adcAvrValue = adcAvrValue/16;
    
14.                         adcAvrValue = ((adcAvrValue+ADCalibrationValue)*3300)/0xFFF; // 这是实际转换出来值，总是小0.16V左右，误差太大了。
    
15.         }
    
16. }

复制代码

具体原理图与PCB如下：




最终查找原因与结果：
单片机使用的AMS1117-3.3V由于大意，使用了AMS1117-5.0V，导致给单片机的电压实测为3.9V电压。而实际计算值用了3.3V计算，导致了错误。实测用了3.9V计算，结果正确。
关于回复中的一些问题：1：为什么直接拿电源接上引脚测量值会正确。因为此时9V电池被我摘下了，使用了调试器的3.3V供电，所以准确。2：使用100K和10K电阻可以用吗？最终测试结果：把电阻调整回来后，是可以的。

t3486784401

没啥说的，一般都是 ADC 采样寄存器没配置正确

xml2028

额，adc有输入内阻的，你换成10k与1k的分压试试

t3486784401

用 Arduino 编了一段，能确保寄存器配置没毛病，读取 PB1 电压并输出。

运行环境：F103 系列，8M 晶振，串口（PA9/10）可用，VCC=3.3V

运行方法：烧录 bin 文件，串口 9600 bps 接收测试结果。

附 Arduino 源码和 bin 固件：

skype

先读出17通道数据计算出verf 电压看看准不准。

lindabell

万用表有没有问题？

himan

你用电压跟随再进ADC试试

yujintian

信号源输出阻抗太大。1.修改ADC配置，将采样时间加大试试。2.增加电压跟随器。

skype

测试发现这个电阻对精度有影响。

SUPER_CRJ

himan 发表于 2021-8-4 09:59
你用电压跟随再进ADC试试

问个问题：
如果把分压电阻减小到一定程度，是不是可以不用电压跟随器？

SUPER_CRJ

xml2028 发表于 2021-8-4 00:00
额，adc有输入内阻的，你换成10k与1k的分压试试

昨天试了：换成10K和2K2的没有用。

himan

SUPER_CRJ 发表于 2021-8-4 10:32
问个问题：
如果把分压电阻减小到一定程度，是不是可以不用电压跟随器？ ...

想准确的话  就需要  因为mcu的内部ADC输入阻抗不是很大

SUPER_CRJ

skype 发表于 2021-8-4 10:27
测试发现这个电阻对精度有影响。

实测：加了这个电阻没有用。

skype

用上图那个电路测试了下STM32F103CX的ADC，V_ADC处的电压软件读出来是0.6230925V，万用表测是0.625V. STM32的ADC很神奇，精度与PCB layout也有关系。

SUPER_CRJ

t3486784401 发表于 2021-8-4 00:21
用 Arduino 编了一段，能确保寄存器配置没毛病，读取 PB1 电压并输出。

运行环境：F103 系列，8M 晶振，串 ...

谢谢。今天上午又测试了些，判断，应该和代码关系不大。
把电压源：直接接到采样电阻那里，误差就很小。实测几个电压值，只有0.01V左右的误差。
另外：请教下，我把采样电阻降低到1.5K和220R，实测还是有0.2V左右的电压差，难道一定要加电压跟随器吗？

SUPER_CRJ

himan 发表于 2021-8-4 10:40
想准确的话  就需要  因为mcu的内部ADC输入阻抗不是很大

谢谢。
刚刚直接用电压源接到采样电阻处：就变的比较准了，误差只有0.01V。
但是回到板子上，实测：把采样时间调整到了最大，采样电阻换成了：1.5K和220R，按照如图应该是满足要求了，但是实测还有0.2V左右的误差。请教，这是什么问题。

SUPER_CRJ

skype 发表于 2021-8-4 11:03
用上图那个电路测试了下STM32F103CX的ADC，V_ADC处的电压软件读出来是0.6230925V，万用表测是0.625V. STM32 ...

把电压源：直接接到采样电阻那里，误差就很小。实测几个电压值，只有0.01V左右的误差。
但是回到板子上，就又误差0.2V左右了。
我这边惟一的差别就是那个：0.1uf的电容了，会不会是那个影响了。

初音之恋

看看ADC的地和电源地差多少，地线也会有压降，而且3.3V也没有那么准的也会有压降，ADC的采样周期设成最慢的

skype

SUPER_CRJ 发表于 2021-8-4 11:26
把电压源：直接接到采样电阻那里，误差就很小。实测几个电压值，只有0.01V左右的误差。
但是回到板子上， ...

我认为你PCB layout的时候，少放了这4个VDD的滤波电容的可能性更大。

SUPER_CRJ

skype 发表于 2021-8-4 11:34
我认为你PCB layout的时候，少放了这4个VDD的滤波电容的可能性更大。

感谢解答，终于找到原因了，已放到了楼主位。答案不是这几个滤波电容

SUPER_CRJ

初音之恋 发表于 2021-8-4 11:30
看看ADC的地和电源地差多少，地线也会有压降，而且3.3V也没有那么准的也会有压降，ADC的采样周期设成最慢的 ...

感谢回复，你的回答让我直接找到了原因，测量了下：AMS1117，发现用错了型号了，导致电压不对，感谢。