STM32单片机：模拟外设应用，探索其在传感器与控制领域的潜力

# 1. STM32单片机模拟外设简介**

STM32单片机集成了丰富的模拟外设，包括ADC、DAC、比较器、运放等。这些外设可以实现各种模拟信号的处理和转换，为单片机系统提供强大的功能扩展。

ADC（模拟数字转换器）可以将模拟信号转换为数字信号，实现数据的数字化处理。DAC（数字模拟转换器）则可以将数字信号转换为模拟信号，用于控制模拟器件或生成模拟波形。

模拟外设在STM32单片机中扮演着重要的角色，它们为传感器接口、电机控制、数据采集等应用提供了基础支持。通过合理使用模拟外设，可以大大扩展单片机系统的功能和应用范围。

# 2. 模拟外设编程基础

### 2.1 模拟数字转换器（ADC）

#### 2.1.1 ADC原理和配置

ADC（模拟数字转换器）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。它在STM32单片机中扮演着重要的角色，使单片机能够处理来自模拟世界的信号。

ADC的工作原理基于逐次逼近算法。它将模拟信号与一个内部参考电压进行比较，并通过一系列二分搜索来确定模拟信号的数字表示。

STM32单片机提供了多种配置选项来定制ADC的行为。这些选项包括：

- **分辨率：** ADC的分辨率决定了它可以将模拟信号转换为数字信号的精度。STM32 ADC的分辨率通常为 12 位或 16 位。
- **采样率：** ADC的采样率决定了它每秒可以转换多少个模拟信号。采样率通常以每秒采样次数 (SPS) 表示。
- **通道数：** ADC可以同时转换多个模拟信号。STM32 ADC通常具有多个通道，每个通道对应一个模拟输入引脚。
- **参考电压：** ADC的参考电压决定了它可以转换的最大模拟信号范围。STM32 ADC通常具有内部参考电压或外部参考电压选项。

#### 2.1.2 ADC数据采集和处理

一旦ADC配置好，就可以使用以下步骤采集和处理模拟数据：

1. **配置ADC：** 根据所需的分辨率、采样率和通道数配置ADC。
2. **启动转换：** 使用软件命令启动ADC转换。
3. **读取转换结果：** 转换完成后，从ADC寄存器中读取数字转换结果。
4. **处理数据：** 根据需要处理数字转换结果，例如进行单位转换、滤波或校准。

### 2.2 数字模拟转换器（DAC）

#### 2.2.1 DAC原理和配置

DAC（数字模拟转换器）是一种将数字信号转换为模拟信号的电子器件。它与ADC相反，使单片机能够生成模拟信号来驱动外部设备。

DAC的工作原理基于加权电阻网络。它将数字输入信号转换为模拟电压或电流，其幅度与数字输入成正比。

STM32单片机提供了多种配置选项来定制DAC的行为。这些选项包括：

- **分辨率：** DAC的分辨率决定了它可以生成模拟信号的精度。STM32 DAC的分辨率通常为 8 位、10 位或 12 位。
- **输出范围：** DAC的输出范围决定了它可以生成模拟信号的最大幅度。STM32 DAC通常具有可配置的输出范围。
- **更新率：** DAC的更新率决定了它每秒可以生成多少个模拟信号。更新率通常以每秒更新次数 (UPS) 表示。

#### 2.2.2 DAC波形生成和控制

DAC可以用来生成各种模拟波形，包括正弦波、方波和三角波。波形生成可以通过以下步骤实现：

1. **配置DAC：** 根据所需的分辨率、输出范围和更新率配置DAC。
2. **生成波形数据：** 使用软件生成所需的模拟波形数据。
3. **更新DAC：** 将波形数据写入DAC寄存器，更新DAC输出。
4. **控制波形：** 使用软件命令控制波形的频率、幅度和相位。

# 3. 传感器接口应用

### 3.1 传感器类型和接口协议

传感器是将物理量或化学量转换为电信号的器件，广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。STM32单片机具有丰富的传感器接口，支持多种传感器类型。

#### 3.1.1 温度传感器