ADC采样技术解析：掌握STM32F103C8T6的模数转换功能

# 2.1 ADC的基本原理和架构

### 2.1.1 ADC的量化和采样过程

模数转换器（ADC）是一种将模拟信号（连续电压或电流）转换为数字信号（离散电压或电流）的电子器件。ADC的量化过程将模拟信号分成一系列离散的电压或电流值，每个值对应一个数字代码。采样过程则是在特定时间点对模拟信号进行测量，并将其转换为数字代码。

### 2.1.2 ADC的误差和性能指标

ADC的性能指标包括分辨率、精度、转换时间、采样速率和线性度。分辨率表示ADC可以区分的最小电压或电流变化，单位为位（bit）。精度表示ADC转换结果与实际模拟信号之间的最大偏差，单位为位（bit）或百分比（%）。转换时间表示ADC完成一次转换所需的时间，单位为微秒（μs）或纳秒（ns）。采样速率表示ADC每秒可以转换的采样数，单位为每秒采样数（SPS）。线性度表示ADC转换结果与实际模拟信号之间的最大非线性偏差，单位为位（bit）或百分比（%）。

# 2. STM32F103C8T6 ADC模块的理论基础

### 2.1 ADC的基本原理和架构

#### 2.1.1 ADC的量化和采样过程

ADC（模数转换器）将模拟信号（连续时间和连续幅度）转换为数字信号（离散时间和离散幅度）。量化过程将模拟信号的连续幅度值离散化为有限个数字值，而采样过程将模拟信号的连续时间值离散化为有限个时间点。

ADC的量化和采样过程如下：

1. **采样：**ADC通过采样保持电路（SH）对模拟信号进行采样，将模拟信号在特定时间点上的幅度值保持住。
2. **量化：**ADC通过比较器将采样后的模拟信号与一组参考电压进行比较，确定模拟信号属于哪个量化区间，并将其转换为对应的数字值。

#### 2.1.2 ADC的误差和性能指标

ADC的误差主要包括：

* **量化误差：**由于量化过程的离散化，导致模拟信号的实际值与数字值之间存在误差。
* **非线性误差：**ADC的量化特性不完全线性，导致数字值与模拟信号的实际值之间存在非线性误差。
* **增益误差：**ADC的增益与理想值存在偏差，导致数字值与模拟信号的实际值之间存在增益误差。
* **偏移误差：**ADC的零点与理想值存在偏差，导致数字值与模拟信号的实际值之间存在偏移误差。

ADC的性能指标主要包括：

* **分辨率：**ADC量化后数字值的位数，表示ADC可以区分的模拟信号幅度最小变化。
* **采样速率：**ADC每秒钟可以转换的模拟信号采样次数。
* **转换时间：**ADC完成一次量化和采样过程所需的时间。
* **信噪比（SNR）：**ADC输出信号中信号功率与噪声功率之比，表示ADC抗噪声的能力。

### 2.2 STM32F103C8T6 ADC模块的寄存器和配置

#### 2.2.1 ADC的控制和配置寄存器

STM32F103C8T6 ADC模块的控制和配置寄存器主要包括：

* **ADC_CR1：**控制ADC的使能、采样时间、连续转换模式等。
* **ADC_CR2：**控制ADC的触发源、外部触发极性、DMA传输使能等。
* **ADC_SMPR1/2：**控制ADC各通道的采样时间。
* **ADC_SQR1/2/3：**控制ADC的扫描顺序和转换通道。

#### 2.2.2 ADC的通道选择和采样时间

STM32F103C8T6 ADC模块共有16个模拟输入通道，通过ADC_SQR1/2/3寄存器进行通道选择。

ADC的采样时间通过ADC_SMPR1/2寄存器进行配置，采样时间越长，转换精度越高，但转换速度越慢。

// 配置ADC通道1的采样时间为239.5个时钟周期
ADC_SMPR1 |= ADC_SMPR1_SMP1_2;

# 3.1 ADC的初始化和配置

#### 3.1.1 ADC时钟的配置

ADC时钟的配置是ADC模块正常工作的前提，STM32F103C8T6 ADC模块的时钟源可以是APB2时钟或APB1时钟，具体选择取决于ADC模块的配置。

// 配置ADC时钟为APB2时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

// 配置ADC时钟为APB1时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_ADC2, ENABLE);

#### 3.1.2 ADC通道的配置

ADC通道的配置决定了ADC模块可以采集哪些模拟信号，STM32F103C8T6 ADC模块共有16个模拟通道，可以通过寄存器配置选择需要采集的通道。

// 配置ADC通道1为模拟输入
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_55C