STM32单片机ADC采样技术：从原理到应用，全面解析ADC采样，实现精确的数据采集

# 1. STM32 ADC采样技术概述

ADC（模数转换器）是一种将模拟信号转换为数字信号的电子器件。在STM32微控制器中，ADC模块负责将模拟输入信号（如电压、电流）转换为数字值，以便微控制器可以处理和分析这些信号。

ADC采样技术是利用ADC模块进行模拟信号数字化的过程。它涉及到配置ADC参数、触发采样、采集数据和处理数据等步骤。本章将概述STM32 ADC采样技术的原理和基本概念，为后续章节深入探讨ADC采样提供基础。

# 2. ADC采样原理与配置

### 2.1 ADC架构与工作原理

STM32的ADC外设采用逐次逼近型（SAR）架构。SAR ADC的工作原理如下：

1. **采样保持：**采样信号被采样保持电路采样并保持在采样电容上。
2. **比较：**ADC将采样电容上的电压与内部参考电压进行比较。
3. **逐次逼近：**ADC通过逐次将参考电压的一半加到采样电容上，并比较结果，来逼近采样电压。
4. **转换结果：**当采样电容上的电压与参考电压相等时，ADC停止逼近并输出转换结果。

### 2.2 ADC采样配置参数

ADC采样配置参数主要包括：

| 参数 | 描述 |
|---|---|
| 分辨率 | ADC的输出数据位宽，通常为10位或12位 |
| 采样速率 | ADC每秒转换的采样次数 |
| 采样时间 | ADC转换一次采样所需的时间 |
| 参考电压 | ADC的参考电压源，可以是内部或外部 |
| 输入通道 | ADC可以采样的模拟输入通道 |

### 2.3 ADC采样模式与触发方式

STM32的ADC支持多种采样模式和触发方式：

#### 采样模式

| 模式 | 描述 |
|---|---|
| 单次采样 | ADC仅转换一次采样 |
| 连续采样 | ADC连续转换采样，直到停止 |
| 间断采样 | ADC在指定的时间间隔内转换采样 |

#### 触发方式

| 触发方式 | 描述 |
|---|---|
| 软件触发 | 通过软件触发ADC开始转换 |
| 外部触发 | 通过外部触发信号触发ADC开始转换 |
| 定时器触发 | 通过定时器触发ADC开始转换 |

**代码块 1：ADC采样配置示例**

// 初始化ADC
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
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);

// 启动ADC采样
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

// 启动ADC转换
ADC_SoftwareStartConv(ADC1);

**代码逻辑分析：**

代码块 1 初始化了ADC外设，配置了ADC的分辨率、采样模式、触发方式、数据对齐方式和转换次数。然后启动ADC外设并触发一次软件转换。

**参数说明：**

* `ADC_Resolution_12b`：设置ADC分辨率为12位。
* `DISABLE`：禁用扫描转换模式。
* `ENABLE`：启用连续转换模式。
* `ADC_ExternalTrigConvEdge_None`：不使用外部触发。
* `ADC_DataAlign_Right`：将转换结果右对齐。
* `1`：设置转换次数为1次。

# 3. ADC采样实践应用

### 3.1 ADC采样初始化与配置

#### 3.1.1 ADC时钟配置

STM32 ADC模块需要一个时钟源来工作，通常使用APB2总线时钟。在初始化ADC之前，需要配置APB2时钟。以下代码展示了如何配置APB2时钟：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

#### 3.1.2 ADC通道配置

ADC通道配置决定了要采样的模拟信号源。STM32 ADC模块有多个通道，每个通道对应一个模拟输入引脚。以下代码展示了如何配置ADC通道：

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_56Cycles);

参数说明：

- `ADC1`：ADC模块句柄
- `ADC_Channel_1`：要配置的通道，这里选择通道1
- `1`：采样顺序，表示通道1是第一个被采样的通道
- `ADC_SampleTime_56Cycles`：采样时间，这里选择56个时钟周期

#### 3.1.3 ADC采样模式配置

ADC采样模式配置决定了ADC如何采样数据。STM32 ADC模块支持单次采样和连续采样两种模式。以下代码展示了如何配置ADC采样模式：

ADC_ModeConfig(ADC1, ADC_Mode_Continuous, ADC_ScanConvMode_Disable);

参数说明：

- `ADC1`：ADC模块句柄
- `ADC_Mode_Continuous`：连续采样模式
- `ADC_ScanConvMode_Disable`：禁用扫描转换模式

### 3.2 ADC数据采集与处理

#### 3.2.1 ADC数据采集

ADC数据采集过程涉及启动ADC转换和读取转换结果。以下代码展示了如何采集ADC数据：

ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
while (!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
uint16_t adcData = ADC_GetConversionValue(ADC1);

逻辑分析：

- `ADC_SoftwareStartConv(ADC1)`：启动ADC转换
- `while (!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC))`：等待转换完成
- `uint16_t adcData = ADC_GetConversionValue(ADC1)`：读取转换结果

#### 3.2.2 ADC数据处理

采集到的ADC数据需要进行处理，以获得有意义的信息。以下代码展示了如何处理ADC数据：

float voltage = (float)adcData * 3.3 / 4096;

逻辑分析：

- `float voltage = (float)adcData * 3.3 / 4096`：将ADC数据转换为电压值，其中3.3是参考电压，4096是ADC的分辨率

### 3.3 ADC采样中断处理

#### 3.3.1 ADC中断配置

ADC采样中断可以提高系统效率，避免CPU长时间等待ADC转换完成。以下代码展示了如何配置ADC中断：

ADC_ITConfig(ADC1, ADC_IT_EOC, ENABLE);
NVIC_EnableIRQ(ADC1_IRQn);

参数说明：

- `ADC1`：ADC模块句柄
- `ADC_IT_EOC`：ADC转换完成中断
- `ENABLE`：使能中断
- `NVIC_EnableIRQ(ADC1_IRQn)`：使能ADC中断请求

#### 3.3.2 ADC中断处理函数

ADC中断处理函数负责处理ADC转换完成中断。以下代码展示了ADC中断处理函数：

void ADC1_IRQHandler(void)
{
    if (ADC_GetITStatus(ADC1, ADC_IT_EOC)