STM32单片机ADC实战指南：模拟信号数字化转换，感知真实世界

# 1. STM32 ADC基础**

STM32微控制器内置模拟数字转换器（ADC），可将模拟信号（如电压、电流、温度）转换为数字信号。ADC的基本原理是通过比较输入电压与内部基准电压，生成与输入电压成正比的数字值。

STM32 ADC具有多个通道，允许同时采样多个模拟信号。每个通道可以独立配置，包括采样率、分辨率和触发模式。ADC还支持多种触发方式，包括软件触发、外部触发和定时器触发，为不同的应用提供了灵活性。

# 2. ADC配置与编程

### 2.1 ADC通道选择与配置

STM32单片机的ADC模块支持多路模拟输入通道，每个通道对应一个特定的引脚。要使用ADC进行模拟信号采集，首先需要选择和配置要使用的通道。

**步骤：**

1. **确定要使用的通道：**根据应用需求，确定需要采集模拟信号的引脚。
2. **配置GPIO引脚：**将要使用的引脚配置为模拟输入模式。
3. **配置ADC通道：**在ADC寄存器中设置要使用的通道号。

**代码示例：**

// 配置GPIO引脚为模拟输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 配置ADC通道
ADC_ChannelConfTypeDef ADC_ChannelConf;
ADC_ChannelConf.Channel = ADC_CHANNEL_0;
ADC_ChannelConf.Rank = 1;
ADC_ChannelConf.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &ADC_ChannelConf);

### 2.2 ADC采样率与分辨率设置

ADC的采样率和分辨率是影响模拟信号采集精度的两个关键参数。

**采样率：**ADC每秒采集模拟信号的次数，单位为Hz。采样率越高，采集到的数据越丰富，但会增加处理器的负担。

**分辨率：**ADC将模拟信号转换为数字信号的位数，单位为bit。分辨率越高，转换后的数字信号越精确，但会增加存储空间和处理时间。

**设置步骤：**

1. **确定采样率：**根据应用需求，确定所需的采样率。
2. **确定分辨率：**根据应用需求，确定所需的精度。
3. **配置ADC寄存器：**设置采样率和分辨率。

**代码示例：**

// 设置ADC采样率
hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCKPRESCALER_PCLK_DIV2;
hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
HAL_ADC_Init(&hadc);

### 2.3 ADC触发模式与转换启动

ADC的触发模式决定了ADC转换的启动方式。STM32单片机支持多种触发模式，包括软件触发、外部触发和定时器触发。

**软件触发：**通过软件指令直接启动ADC转换。

**外部触发：**通过外部事件（如外部中断或定时器溢出）触发ADC转换。

**定时器触发：**通过定时器溢出事件触发ADC转换。

**转换启动步骤：**

1. **选择触发模式：**根据应用需求，选择合适的触发模式。
2. **配置ADC寄存器：**设置触发模式和触发源。
3. **启动ADC转换：**根据选择的触发模式，启动ADC转换。

**代码示例：**

// 软件触发ADC转换
HAL_ADC_Start(&hadc);

// 定时器触发ADC转换
TIM_HandleTypeDef htim;
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim);

# 3.1 ADC数据读取与转换

**ADC数据读取**

ADC数据读取可以通过以下步骤完成：

1. **启动ADC转换：**通过设置ADC_CR2寄存器的ADON位，启动ADC转换。
2. **等待转换完成：**轮询ADC_SR寄存器的EOC位，等待转换完成。
3. **读取ADC数据：**从ADC_DR寄存器中读取转换结果。

**代码块：**

// 启动ADC转换
ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;

// 等待转换完成
while (!(ADC1->SR & ADC_SR_EOC)) {}

// 读取ADC数据
uint16_t adc_data = ADC1->DR;

**逻辑分析：**

1. 设置ADC_CR2寄存器的ADON位为1，启动ADC转换。
2. 轮询ADC_SR寄存器的EOC位，直到其变为1，表示转换完成。
3. 从ADC_DR寄存器中读取转换结果，并将其存储在adc_data变量中。

**参数说明：**

* ADC1->CR2：ADC控制寄存器2
* ADC_CR2_ADON：ADC启动位
* ADC1->SR：ADC状态寄存器
* ADC_SR_EOC：ADC转换完成位
* ADC1->DR：ADC数据寄存器

### 3.2 ADC数据滤波与平滑

ADC数据往往受到噪声和干扰的影响，因此需要进行滤波和平滑处理。常用的滤波方法有：

* **移动平均滤波：**对多个相邻采样点的平均值进行计算。
* **中值滤波：**对多个相邻采样点进行排序，并取中间值。
* **加权平均滤波：**对多个相邻采样点进行加权平均，其中权重根据采样点的距离进行分配。

**代码块：**

// 移动平均滤波
uint16_t adc_data_filtered[10]; // 存储滤波后的数据
uint8_t index = 0; // 当前索引

// 循环读取ADC数据并进行滤波
while (1) {
  // 读取ADC数据
  uint16_t adc_data = ADC1->DR;

  // 更新滤波数据
  adc_data_filtered[index] = adc_data;
  index = (index + 1) % 10; // 循环索引

  // 计算滤波后的平均值
  uint16_t adc_data_avg = 0;
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    adc_data_avg += adc_data_filtered[i];
  }
  adc_data_avg /= 10;

  // ... 使用滤波后的数据 ...
}

**逻辑分析：**

1. 定义一个数组adc_data_filtered来存储滤波后的数据。
2. 定义一个索引index来跟踪当前采样点的位置。
3. 在循环中，读取ADC数据并将其存储在adc_data变量中。
4. 更新滤波数据，将adc_data存储在adc_data_filtered数组中，并更新索引index。
5. 计算滤波后的平均值adc_data_av