STM32 ADC采样技术：精准采集模拟信号，感知世界变化

# 1. STM32 ADC基础**

### ADC概述

模拟数字转换器（ADC）是一种电子器件，用于将模拟信号（如电压、电流）转换为数字信号（如二进制数）。STM32微控制器内置了高性能ADC，可用于测量各种模拟信号，从而实现对外部环境的感知。

### ADC架构和原理

STM32 ADC采用逐次逼近（SAR）架构。其工作原理是将输入模拟信号与内部参考电压进行比较，通过逐次逼近的方式确定输入信号的数字值。ADC具有可配置的分辨率（通常为10位或12位），表示转换后的数字信号的精度。

# 2. ADC配置和编程

### ADC配置参数

STM32 ADC可以通过寄存器配置其各种参数，以满足不同的应用需求。这些参数包括：

- **采样时间：**决定ADC将信号保持多长时间以进行转换。较长的采样时间可提高精度，但会降低转换速率。
- **分辨率：**以位数表示ADC的输出值精度。STM32 ADC通常提供 12 位或 16 位的分辨率。
- **转换模式：**定义ADC如何触发转换。可用的模式包括单次转换、连续转换和扫描转换。
- **触发源：**指定触发ADC转换的事件。触发源可以是外部引脚、定时器或软件触发。
- **时钟源：**为ADC提供时钟信号的来源。时钟源可以是内部时钟、外部时钟或 PLL 输出。

### ADC中断和DMA

**中断：**ADC转换完成后，ADC可以生成中断。这允许处理器在转换完成后立即响应，而无需轮询ADC状态寄存器。

**DMA：**直接内存访问 (DMA) 是一种外设，允许ADC将转换后的数据直接传输到内存，无需处理器干预。这可以提高数据传输效率，特别是在需要处理大量数据时。

### ADC校准和自诊断

STM32 ADC提供校准和自诊断功能，以确保其准确性和可靠性。

**校准：**ADC校准过程补偿了ADC内部失调和增益误差，从而提高了转换精度。

**自诊断：**ADC自诊断功能可以检测ADC内部故障，例如断线或短路。这有助于及早发现问题并防止系统故障。

**代码块 2.1：ADC配置示例**

// ADC配置参数
ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
ADC_InitStruct.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;
ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1;
ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStruct.ADC_NbrOfConversion = 1;

// ADC初始化
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);

**逻辑分析：**

此代码块配置ADC1的参数。它设置分辨率为 12 位，禁用扫描转换和连续转换模式，并将触发源设置为定时器 1 通道 1 的比较事件。

**参数说明：**

- `ADC_InitStruct`：ADC初始化结构体。
- `ADC_Resolution`：ADC分辨率。
- `ADC_ScanConvMode`：扫描转换模式。
- `ADC_ContinuousConvMode`：连续转换模式。
- `ADC_ExternalTrigConvEdge`：外部触发转换沿。
- `ADC_ExternalTrigConv`：外部触发转换源。
- `ADC_DataAlign`：ADC数据对齐方式。
- `ADC_NbrOfConversion`：要转换的通道数。

# 3. ADC应用实践

### 模拟信号采集

ADC的一个主要应用是采集模拟信号，将其转换为数字信号以进行处理。模拟信号广泛存在于现实世界中，例如温度、压力、光照和声音。为了使用STM32 ADC采集模拟信号，需要执行以下步骤：

1. **配置ADC：**根据模拟信号的特性和要求配置ADC参数，包括采样率、分辨率、参考电压和触发源。
2. **连接模拟信号：**将模拟信号连接到ADC的相应引脚。
3. **启动转换：**通过软件或硬件触发启动ADC转换。
4. **读取转换结果：**从ADC寄存器中读取转换结果，该结果表示模拟信号的数字化值。

### 温度测量

STM32 ADC可用于测量温度，通过连接一个热敏电阻或温度传感器到ADC引脚。热敏电阻是一种电阻器，其电阻值随温度变化而变化。通过测量热敏电阻的电阻值，可以计算出温度。

// 温度测量代码示例

// 初始化 ADC
// ...

// 配置 ADC
// ...

// 连接热敏电阻
// ...

// 启动转换
// ...

// 读取转换结果
uint16_t adcValue = ADC_GetConversionValue();

// 计算温度
float temperatu