STM32F405RGT6 ADC与DAC应用：模拟信号数字处理完全指南


参考资源链接：[STM32F405RGT6中文参考手册：Cortex-M4 MCU详解](https://wenku.csdn.net/doc/6401ad30cce7214c316ee9da?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32F405RGT6微控制器概述

STM32F405RGT6是STMicroelectronics生产的一款高性能ARM Cortex-M4微控制器，广泛应用于各种嵌入式系统中。它具备强大的处理能力、丰富的外设接口以及灵活的电源管理功能，这使得它成为了开发者喜爱的主流微控制器之一。

## 1.1 微控制器的主要功能和特点

首先，STM32F405RGT6集成了多通道ADC和DAC转换器，能够高效地进行信号的模拟和数字转换。除此之外，它还具备以下主要特点：

- 高速核心：Cortex-M4核心，支持浮点运算，最大时钟频率高达168 MHz；
- 大容量存储：256KB的闪存和高达192KB的RAM；
- 丰富的通信接口：包括USB OTG、I2C、SPI、UART等；
- 高级定时器和数学协处理器：用于高级控制功能和算法实现。

## 1.2 微控制器的应用场景

由于其高性能和灵活性，STM32F405RGT6被广泛应用于工业控制、医疗设备、消费电子、传感器网络等领域。其ADC和DAC模块使得STM32F405RGT6在需要信号处理和实时数据转换的应用中表现尤为突出。

在接下来的章节中，我们将深入探讨STM32F405RGT6的ADC和DAC模块，包括它们的工作原理、配置、编程及高级应用。

# 2. STM32F405RGT6的模拟数字转换器(ADC)

## 2.1 ADC的基本概念和工作原理

### 2.1.1 模拟信号与数字信号的转换基础

模拟信号与数字信号的转换是现代电子系统中不可或缺的一个环节。模拟信号是连续变化的电压信号，代表了自然界中的各种物理量，如温度、压力、声音等。数字信号则是一系列离散的数值序列，便于计算机处理和存储。STM32F405RGT6微控制器内置的ADC模块可以将外部的模拟信号转换为数字信号，使得微控制器可以处理并作出决策。

### 2.1.2 STM32F405RGT6 ADC的特性与功能

STM32F405RGT6的ADC模块具有高速、高精度的特点，支持多达19个通道，且具备多种转换模式。它的分辨率为12位，这意味着它能够把模拟信号分割成2^12（即4096）个等级。此外，它还支持单次转换、连续转换、扫描模式，以及多种触发源，例如软件触发、定时器触发等。这些特性使得STM32F405RGT6非常适合于需要精确和灵活的模拟信号处理的应用场合。

## 2.2 ADC配置与编程

### 2.2.1 ADC的初始化设置

在使用STM32F405RGT6的ADC之前，必须进行正确的初始化设置。以下是初始化设置的步骤，以配置一个单通道ADC为例：

#include "stm32f4xx.h"

void ADC_Configuration(void) {
    ADC_InitTypeDef       ADC_InitStructure;
    ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;

    // 1. 开启ADC时钟，并复位ADC
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_ADC Common, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_ADC Common, ENABLE);

    // 2. ADC公共配置
    ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div2;
    ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;
    ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;
    ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);

    // 3. ADC1初始化配置
    ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    // 4. 配置ADC的通道，采样时间等参数
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_3Cycles);

    // 5. 启用ADC并校准
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

    // 6. 开始转换
    ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
}

### 2.2.2 ADC采样过程控制

控制ADC的采样过程，可以通过启动、停止转换，以及检查转换完成标志位来完成。以下是采样过程控制的代码示例：

// 开始ADC转换
ADC_SoftwareStartConv(ADC1);

// 等待转换完成
while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);

// 读取ADC转换结果
uint16_t adcValue = ADC_GetConversionValue(ADC1);

### 2.2.3 多通道采样与扫描模式

当需要从多个通道读取数据时，STM32F405RGT6支持扫描模式。这允许微控制器自动从多个预设的通道连续采集数据，无需每次转换后重新配置。以下是多通道采样与扫描模式的配置代码示例：

// 1. 使能通道1和通道2
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_3Cycles);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 2, ADC_SampleTime_3Cycles);

// 2. 启用扫描模式并设置转换顺序
ADC_ScanConvModeCmd(ADC1, ENABLE);
ADC_ContinuousConvModeCmd(ADC1, ENABLE);

// 3. 开始转换
ADC_SoftwareStartConv(ADC1);

// 4. 读取数据
uint16_t adcValueChannel1 = ADC_GetConversionValue(ADC1);
uint16_t adcValueChannel2 = ADC_GetConversionValue(ADC1);

## 2.3 ADC高级应用与实践

### 2.3.1 数据处理与噪声滤波技术

为了获取更准确的数据，通常需要对采集到的ADC值进行数字滤波处理。常用的方法有平均滤波、中值滤波、加权滤波等。以下是平均滤波技术的简单实现：

#define FILTER_DEPTH 10
uint16_t adcValues[FILTER_DEPTH];
uint32_t sum = 0;

void AddValueToFilter(uint16_t value) {
    sum -= adcValues[index];
    adcValues[index++] = value;
    if (index == FILTER_DEPTH) {
        index = 0;
    }
    sum += value;
}

uint16_t Get