STM32单片机ADC：精准采集模拟信号，连接现实与数字

# 1. STM32 ADC 概述**

STM32 微控制器内置了模拟数字转换器 (ADC)，用于将模拟信号（如电压、电流或温度）转换为数字信号。ADC 广泛应用于各种嵌入式系统中，例如数据采集、传感器接口和过程控制。

STM32 ADC 具有高精度、高采样率和低功耗等特点。它支持多种采样模式和中断机制，可实现灵活的配置和使用。本章将介绍 STM32 ADC 的基本概念、硬件结构和软件配置，为后续章节的深入探讨奠定基础。

# 2. ADC 基本原理

### 2.1 模拟信号和数字信号

模拟信号是连续变化的信号，其幅度和频率可以取任何值。数字信号是离散的信号，其幅度和频率只能取有限的值。ADC 的作用就是将模拟信号转换为数字信号。

### 2.2 ADC 采样与量化

采样是指以一定的时间间隔对模拟信号进行测量。量化是指将采样得到的模拟信号幅度转换为离散的数字值。ADC 的采样速率和量化位数决定了数字信号的精度。

### 2.3 ADC 分辨率与精度

ADC 的分辨率是指其可以区分的最小模拟信号幅度变化。ADC 的精度是指其输出数字信号与实际模拟信号幅度的接近程度。分辨率和精度是衡量 ADC 性能的重要指标。

#### 代码示例：

// 设置 ADC 分辨率为 12 位
ADC_SetResolution(ADC_RESOLUTION_12B);

// 设置 ADC 精度为 1%
ADC_SetAccuracy(ADC_ACCURACY_1P);

#### 代码逻辑分析：

* `ADC_SetResolution()` 函数设置 ADC 的分辨率，参数 `ADC_RESOLUTION_12B` 表示 12 位分辨率。
* `ADC_SetAccuracy()` 函数设置 ADC 的精度，参数 `ADC_ACCURACY_1P` 表示 1% 的精度。

#### 表格：ADC 分辨率与精度

| 分辨率 | 精度 |
|---|---|
| 12 位 | 1% |
| 16 位 | 0.1% |
| 24 位 | 0.01% |

#### mermaid 流程图：ADC 采样与量化过程

sequenceDiagram
participant ADC
participant AnalogSignal
AnalogSignal->ADC: Send analog signal
ADC->AnalogSignal: Sample analog signal
ADC->AnalogSignal: Quantize analog signal
ADC->DigitalSignal: Send digital signal

# 3.1 ADC 模块架构

STM32 ADC 模块是一个高度集成的外设，负责将模拟信号转换为数字信号。它由以下主要组件组成：

- **ADC 控制器：**负责控制 ADC 模块的整体操作，包括配置、触发和数据转换。
- **采样保持器 (S/H)：**在采样阶段保持模拟输入信号，以消除采样期间的信号变化。
- **模数转换器 (ADC)：**将采样保持器中的模拟信号转换为数字信号。
- **数据寄存器：**存储转换后的数字数据。
- **中断控制器：**在转换完成时生成中断信号。

### 3.2 ADC 通道和输入范围

STM32 ADC 模块通常具有多个通道，每个通道对应一个特定的模拟输入引脚。每个通道可以配置为接收不同的输入电压范围，通常为 0V 至 VREF，其中 VREF 是 ADC 的参考电压。

**输入范围配置：**

ADC_ChannelConfTypeDef sConfig;
sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
sConfig.Rank = 1;
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_28CYCLES;
sConfig.Offset = 0;
HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);

**参数说明：**

- `ADC_CHANNEL_1`：通道 1
- `Rank`：采样顺序
- `ADC_SAMPLETIME_28CYCLES`：采样时间为 28 个时钟周期
- `Offset`：偏移量

### 3.3 ADC 时钟与采样率

ADC 时钟是 ADC 模块运行所必需的时钟源。采样率是 ADC 每秒转换模拟信号的次数。采样率由 ADC 时钟和采样时间决定。

**时钟配置：**

RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_ADC;
RCC_ClkInitStruct.ADC12ClockSelection = RCC_ADC12PLLCLK_DIV1;
HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_1);

*