STM32单片机ADC采样技术：从原理到实战，掌握数据采集的精髓

# 1. ADC采样原理**

**1. ADC的概念和工作原理**

ADC（模数转换器）是一种将模拟信号（如电压或电流）转换为数字信号的电子器件。其工作原理是将模拟信号与一系列已知参考电压进行比较，并输出一个与模拟信号成比例的数字值。

**2. STM32单片机ADC架构**

STM32单片机集成了高性能ADC，其架构通常包括：
- 多个模拟输入通道
- 可配置的采样速率和分辨率
- 触发器和中断功能
- 数字滤波器和噪声抑制电路

**3. ADC采样参数和配置**

ADC采样性能由以下参数决定：
- **采样速率：**每秒转换模拟信号的次数。
- **分辨率：**转换结果的位数，决定了数字信号的精度。
- **触发方式：**触发ADC转换的事件（例如软件触发或外部中断）。
- **中断管理：**ADC转换完成后通知微控制器的机制。

# 2. ADC采样编程技巧

### 2.1 ADC采样配置

ADC采样配置是ADC采样编程的关键，它决定了ADC的采样速率、分辨率、触发方式和中断管理等基本参数。

#### 2.1.1 采样速率和分辨率

采样速率是指ADC每秒钟可以采样的次数，单位为赫兹（Hz）。采样速率越高，采样的数据越多，但会增加ADC的功耗和噪声。分辨率是指ADC一次采样可以获得的位数，单位为位（bit）。分辨率越高，采样的数据精度越高，但会增加ADC的成本和复杂度。

STM32单片机ADC的采样速率和分辨率可以通过寄存器配置。采样速率可以通过设置ADC时钟分频器来调整，分辨率可以通过设置ADC转换器分辨率来调整。

#### 2.1.2 触发方式和中断管理

触发方式决定了ADC采样的启动方式。STM32单片机ADC支持软件触发、硬件触发和定时器触发等多种触发方式。

中断管理决定了ADC采样完成后是否产生中断。如果启用中断，当ADC采样完成后，会产生一个中断信号，通知处理器进行数据处理。

### 2.2 ADC采样数据处理

ADC采样数据处理是ADC采样编程的另一个重要方面。它包括数据格式转换、滤波和噪声处理等步骤。

#### 2.2.1 数据格式和转换

ADC采样数据一般以补码或二进制补码格式存储。在使用这些数据之前，需要将其转换为浮点或其他需要的格式。

#### 2.2.2 滤波和噪声处理

ADC采样数据往往会受到噪声和干扰的影响。为了获得更准确的数据，需要对采样数据进行滤波和噪声处理。常用的滤波方法包括移动平均滤波、低通滤波和数字滤波等。

# 3.1 传感器数据采集

#### 3.1.1 温度传感器采样

温度传感器是常用的传感器类型，可用于测量环境温度或设备温度。STM32单片机内置温度传感器，可以通过ADC采样获取温度值。

**代码块：**

#include "stm32f1xx_hal.h"

void temperature_sensor_init() {
  // 初始化ADC时钟
  __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

  // 配置ADC通道
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig;
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR;
  sConfig.Rank = 1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_480CYCLES;
  HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}

float temperature_sensor_read() {
  // 启动ADC转换
  HAL_ADC_Start(&hadc1);

  // 等待转换完成
  HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);

  // 获取转换结果
  uint16_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

  // 计算温度值
  float temperature = (float)adc_value / 4095 * 120 - 40;

  return temperature;
}

**逻辑分析：**

* `temperature_sensor_init()` 函数初始化ADC时钟和配置ADC通道。
* `temperature_sensor_read()` 函数启动ADC转换，等待转换完成，获取转换结果并计算温度值。

#### 3.1.2 光照传感器采样

光照传感器可用于测量环境光照强度。STM32单片机可以通过ADC采样光照传感器输出的模拟电压值来获取光照强度。

**代码块：**

#include "stm32f1xx_hal.h"

void light_sensor_init() {
  // 初始化ADC时钟
  __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

  // 配置ADC通道
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig;
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
  sConfig.Rank = 1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_480CYCLES;
  HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}

uint16_t light_sensor_read() {
  // 启动ADC转换
  HAL_ADC_Start(&hadc1);

  // 等待转换完成
  HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);

  // 获取转换结果
  uint16_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

  return adc_value;
}

**逻辑分析：**

* `light