掌握STM32单片机ADC采样技术：实现模拟信号数字化，提升系统精度

# 1. STM32单片机ADC概述**

STM32单片机集成的ADC（模数转换器）是一种高性能的外设，用于将模拟信号（如电压、电流）转换为数字信号。ADC广泛应用于各种电子设备中，如数据采集、工业控制和医疗设备。

STM32 ADC具有以下主要特性：

* 高精度和分辨率：最高可达12位分辨率，提供准确的模拟信号测量。
* 多个采样通道：支持多个模拟输入通道，允许同时测量多个信号。
* 可配置的采样速率：采样速率可根据应用需求进行配置，从低速到高速采样。
* 中断功能：ADC支持中断，当转换完成时触发中断，提高系统响应速度。

# 2. ADC采样原理与配置

### 2.1 ADC基本原理

ADC（模数转换器）是一种将模拟信号（如电压、电流）转换为数字信号的电子器件。STM32单片机集成了高性能ADC模块，可实现高精度、高速的模拟信号数字化转换。

ADC采样原理主要分为以下几个步骤：

- **采样：**ADC内部的采样保持电路对模拟信号进行采样，将模拟信号保持在一定时间内。
- **量化：**采样后的模拟信号通过ADC内部的量化器进行量化，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
- **编码：**量化后的数字信号经过编码器编码，生成二进制或其他进制的数字信号。

### 2.2 STM32 ADC架构与寄存器

STM32单片机中的ADC模块通常由以下几个部分组成：

- **ADC时钟：**ADC模块的工作时钟，决定了ADC采样速率。
- **采样保持电路：**用于对模拟信号进行采样和保持。
- **量化器：**将采样后的模拟信号量化为数字信号。
- **编码器：**将量化后的数字信号编码为二进制或其他进制的数字信号。
- **控制寄存器：**用于配置ADC模块的工作模式、采样率、分辨率等参数。

### 2.3 ADC采样配置与时序

ADC采样配置主要通过控制寄存器进行，包括以下几个方面：

- **采样模式：**单次采样、连续采样、扫描采样等。
- **采样率：**ADC采样速率，单位为SPS（采样每秒）。
- **分辨率：**ADC采样分辨率，单位为位，决定了ADC转换后的数字信号的精度。
- **参考电压：**ADC采样参考电压，决定了ADC转换的量程。

ADC采样时序主要包括以下几个阶段：

- **采样阶段：**ADC内部的采样保持电路对模拟信号进行采样，保持一定时间。
- **转换阶段：**采样后的模拟信号经过量化器和编码器进行转换，生成数字信号。
- **输出阶段：**转换后的数字信号输出到数据寄存器或DMA传输缓冲区。

**代码块：**

// ADC采样配置
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

**逻辑分析：**

这段代码用于配置ADC1模块，设置采样模式为独立模式，关闭扫描转换模式和连续转换模式，外部触发转换边沿为无触发，数据对齐方式为右对齐，转换次数为1次。

**参数说明：**

- `ADC_Mode`：ADC工作模式，可以是独立模式、扫描模式或连续模式。
- `ADC_ScanConvMode`：扫描转换模式，使能或禁止扫描转换模式。
- `ADC_ContinuousConvMode`：连续转换模式，使能或禁止连续转换模式。
- `ADC_ExternalTrigConvEdge`：外部触发转换边沿，可以是上升沿、下降沿或无触发。
- `ADC_DataAlign`：数据对齐方式，可以是左对齐或右对齐。
- `ADC_NbrOfConversion`：转换次数，指定ADC转换的次数。

# 3. ADC采样实践应用

### 3.1 ADC采样初始化与配置

**初始化步骤：**

1. **使能ADC时钟：**通过RCC寄存器使能ADC时钟。
2. **配置ADC引脚：**将ADC引脚配置为模拟输入模式。
3. **设置ADC分辨率：**通过ADC_CR1寄存器的RES位设置ADC分辨率。
4. **设置采样时间：**通过ADC_SMPRx寄存器设置采样时间。
5. **设置触发源：**通过ADC_CR2寄存器设置触发源。
6. **使能ADC：**通过ADC_CR2寄存器的ADON位使能ADC。

**配置寄存器：**

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| ADC_CR1 | 控制寄存器1，配置ADC分辨率、扫描模式等 |
| ADC_CR2 | 控制寄存器2，配置触发源、转换模式等 |
| ADC_SMPRx | 采样时间寄存器，配置各通道的采样时间 |

**代码示例：**

// 使能ADC时钟
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN;

// 配置ADC引脚
GPIOA->CRL &= ~(GPIO_CRL_CNF0 | GPIO_CRL_MODE0);
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_CNF0_1 | GPIO_CRL_MODE0_0;

// 设置ADC分辨率为12位
ADC1->CR1 &= ~ADC_CR1_RES;

// 设置采样时间为239.5周期
ADC1->SMPR2 |= ADC_SMPR2_SMP0_5;

// 设置触发源为软件触发
ADC1->CR2 &= ~ADC_CR2_EXTTRIG;
ADC1->CR2 |= ADC_CR2_EXTSEL_