STM32单片机ADC编程：将模拟世界数字化，感知嵌入式环境

# 1. ADC基础知识

ADC（模数转换器）是将模拟信号（如电压、电流）转换为数字信号的电子器件。在嵌入式系统中，ADC广泛用于感知和测量环境参数，如温度、湿度、光照等。

**1.1 ADC原理**

ADC通过比较模拟输入信号与内部参考电压，将模拟信号离散化为一系列数字值。转换过程涉及采样、量化和编码三个步骤。

**1.2 ADC特性**

ADC的性能由以下特性决定：

* **分辨率：**以位数表示，表示ADC可以区分的模拟信号最小变化。
* **采样率：**每秒转换的模拟信号数量，单位为赫兹 (Hz)。
* **精度：**测量值与实际值之间的接近程度，通常以百分比表示。

# 2. STM32 ADC编程理论

### 2.1 ADC架构和原理

**ADC架构**

STM32 ADC采用逐次逼近寄存器（SAR）架构，其内部结构主要包括：

- **采样保持电路：**将模拟输入信号采样并保持在恒定电压。
- **比较器：**将采样电压与参考电压进行比较，产生数字输出。
- **逐次逼近寄存器（SAR）：**通过逐次逼近算法，将比较结果转换为数字代码。
- **控制逻辑：**控制ADC的时序和操作。

**ADC原理**

ADC的转换过程如下：

1. **采样：**采样保持电路将模拟输入信号采样并保持。
2. **比较：**比较器将采样电压与参考电压进行比较，输出 0 或 1。
3. **逐次逼近：**SAR根据比较结果，逐次逼近参考电压，直到找到与采样电压最接近的数字代码。
4. **转换结果：**转换完成后的数字代码即为模拟输入信号的数字化表示。

### 2.2 ADC配置和控制

**ADC配置**

ADC配置包括：

- **采样时间：**采样保持电路保持输入信号的时间。
- **分辨率：**ADC输出数字代码的位数。
- **参考电压：**ADC比较器使用的参考电压。
- **触发源：**触发ADC转换的事件或信号。

**ADC控制**

ADC控制包括：

- **启动转换：**启动ADC转换。
- **停止转换：**停止ADC转换。
- **读取转换结果：**读取ADC转换后的数字代码。
- **中断使能：**使能ADC转换完成中断。

### 2.3 ADC转换和数据处理

**ADC转换**

ADC转换过程如下：

// 伪代码
while (!ADC_isConversionComplete()) {
  // 等待转换完成
}

uint16_t adcValue = ADC_getConversionResult();

**数据处理**

ADC转换后的数字代码需要进行数据处理，包括：

- **单位转换：**将数字代码转换为物理量（如电压、温度）。
- **滤波：**去除ADC转换中的噪声和干扰。
- **校准：**补偿ADC转换中的误差和偏移。

# 3.1 ADC初始化和配置

**ADC初始化**

ADC初始化是ADC编程的第一步，它涉及配置ADC时钟、触发源、通道和采样时间等基本参数。以下代码展示了STM32 ADC初始化的基本步骤：

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

// 配置ADC时钟分频
ADC1->CFGR &= ~ADC_CFGR_ADCPRE;
ADC1->CFGR |= ADC_CFGR_ADCPRE_DIV8; // 设置分频为8

// 配置ADC触发源
ADC1->CFGR &= ~ADC_CFGR_EXTSEL;
ADC1->CFGR |= ADC_CFGR_EXTSEL_SWSTART; // 设置触发源为软件触发

// 配置ADC通道
ADC1->SQR1 &= ~ADC_SQR1_L;
ADC1->SQR1 |= ADC_SQR1_L_0; // 设置通道0为第一个转换通道

// 配置ADC采样时间
ADC1->SMPR2 &= ~ADC_SMPR2_SMP0;
ADC1->SMPR2 |= ADC_SMPR2_SMP0_239CY