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如何使用ADC测量我们设备的锂电池电压

干饭人小田 2024-01-07 原文

电路设计：

首先当我们想知道设备还有多少电的时候，我们就需要有一个电压监测电路

 通常我们会想到通过两个电阻分压的方式来获取电压，通过两个电阻分压，连接到单片机的ADC引脚。ADC测到的电压，就是锂电池电压的一半

因为锂电池的电压范围大概在2.7V到4.2V之间，所以ADC引脚的电压会在1.35~2.1V之间，不会超过普通单片机的3.3V电压

不过除非通过拨动开关将这部分电路彻底断电，比如平常的通过按键实现开关机，当产品处于关机状态时，我们以为锂电池就不耗电了，其实，通过电路可以发现，锂电池其实还在通过2个10k的电阻耗电

随着时间的推移，该产品放着放着电就减少了，而且当电池电压减少到2.7V以下时，锂电池就可能损坏不能用了

上面电路，就很巧妙的解决了这个问题

 BAT_ADC_EN    引脚是单片机的一个普通IO引脚，在设备关机的时候，将引脚拉高，PMOS将电路断开，不让这两个分压电阻消耗电量

ADC值转换成实际电压值

现在我们要使用ADC，读取值

我们需要使用三个函数：

1）ADC_Start       启动ADC

2）ADC_PollForConversion         ADC值的转换

3）ADC_GetValue         读取ADC值

u16 Get_Adc_Average(u8 times)
{
    u32 temp_val = 0;
    u8 t;

    for(t = 0; t < times; t++)
    {
		HAL_ADC_Start(&hadc);
		HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, 1000);
        temp_val += HAL_ADC_GetValue(&hadc);
        delay_ms(5);
    }

    return temp_val / times;
}

但是如果你直接读BAT_ADC引脚是话，你会发现读出来的值并不是电池电压值，那我们读到的是什么值呢？

这就需要看一个特性，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。

我们用STM32来举例子，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。

4095是怎么来的呢？

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，这就是先在感性上，认识了为什么12位的ADC的值，是从0~4095

将读到的值换算成我们想要的电压值

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？

    	BatADCValue=Get_Adc_Average(10); // 获取ADC原始值0~4095
		BatValue= (float)BatADCValue * (3.3 / 2048); //得到电压值    为什么是2048？因为电阻分压了，需要再乘2，所以4096就变成了2048
	    printf("%.1fV\r\n",BatValue);
		BatADCValue = BatValue*100; // 把float数据给了int
		printf("%dV\r\n",BatADCValue);

到了这里，你就可以简单的通过使用3.3V这个基准电压获取到我们所需要的电池电压

如果想更进一步的学习，那就继续往下看。。。

参考电压是什么

在理想的情况下，我们希望VDD电压一直是3.3V，但是实际上你用万用表量一下你的VDDA的实际电压肯定不会一直稳定在3.300V。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。可能你会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。

并且产品在正常使用的过程中，当电池电压小于3.3V时，LDO的输出电压，就不再是3.3V了，随着电池电压的减小，LDO的输出电压也会减小，如果一直使用3.3V作为基准来测量电池电压，就会出现错误，

所以…

我们需要找到单片机的  “内部参考电压”，让我们知道真实的基准电压是多少

通过查看手册，我们找到了这个公式：

VDDA_Value = 3.0*VREFINT_CAL/VREFINT_DATA

这个公式的含义简单介绍一下，

VREFINT_CAL：内部参考电压的校准值

VREFINT_DATA：ADC的通道17，内部参考电压的ADC值

VDDA_Value就是我们所需要的最准确的基准电压

将3.3V替换位VDDA_Value就可以了

ADC如何xff0cxff0xffstm32

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