STM32单片机ADC编程：模拟信号转换之道，探索数据采集奥秘

# 1. STM32 ADC 概述**

STM32 微控制器集成了高性能的模数转换器 (ADC)，可用于将模拟信号转换为数字信号。ADC 在各种嵌入式系统中广泛应用，例如数据采集、过程控制和传感器接口。

STM32 ADC 具有以下特点：

- 高分辨率（高达 16 位）
- 快速转换速度（高达 2.4 MSPS）
- 多种转换模式和触发方式
- 内置可编程增益放大器 (PGA)
- 低功耗模式

# 2. STM32 ADC 编程基础

### 2.1 ADC 寄存器和配置

STM32 ADC 的寄存器主要包括 ADC 控制寄存器（ADC_CR1）、ADC 采样时间寄存器（ADC_SMPR1/2）和 ADC 数据寄存器（ADC_DR）。

**ADC 控制寄存器（ADC_CR1）**

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| ADEN | ADC 使能位，置 1 启用 ADC |
| ADDIS | ADC 断续模式使能位，置 1 启用断续模式 |
| ADCONT | ADC 连续转换使能位，置 1 启用连续转换 |
| EXTEN | ADC 外部触发使能位，置 1 启用外部触发 |
| EXTSEL | ADC 外部触发选择位，选择触发源 |
| ALIGN | ADC 数据对齐位，置 1 采用右对齐 |
| RES | ADC 分辨率选择位，选择转换分辨率 |

**ADC 采样时间寄存器（ADC_SMPR1/2）**

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| SMPx | ADC 通道 x 的采样时间选择位，选择采样时间 |

**ADC 数据寄存器（ADC_DR）**

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| DATA | ADC 转换结果数据 |

### 2.2 ADC 转换模式和触发方式

**转换模式**

STM32 ADC 支持单次转换模式和连续转换模式。

* **单次转换模式：**ADC 仅进行一次转换，然后进入待机模式。
* **连续转换模式：**ADC 持续进行转换，直到被软件或外部触发停止。

**触发方式**

ADC 转换可以由软件触发或外部触发。

* **软件触发：**通过设置 ADC_CR1 寄存器的 ADSTART 位启动转换。
* **外部触发：**通过外部触发源（如定时器或外部中断）启动转换。

### 2.3 ADC 数据采集和处理

ADC 数据采集和处理的过程如下：

1. **配置 ADC 寄存器：**设置 ADC 控制寄存器、采样时间寄存器和数据寄存器。
2. **启动转换：**通过软件或外部触发启动 ADC 转换。
3. **读取转换结果：**从 ADC 数据寄存器中读取转换结果。
4. **数据处理：**对转换结果进行处理，如单位转换、滤波等。

**代码示例：**

// 初始化 ADC
void ADC_Init(void) {
  // 使能 ADC 时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

  // 配置 ADC 控制寄存器
  ADC_CR1 = ADC_CR1_ADEN | ADC_CR1_RES_12BIT | ADC_CR1_ALIGN_RIGHT;

  // 配置 ADC 采样时间寄存器
  ADC_SMPR1 = ADC_SMPR1_SMP15_1Cycles5;

  // 配置 ADC 数据寄存器
  ADC_DR = 0;
}

// 启动 ADC 转换
void ADC_StartConversion(void) {
  // 设置 ADC 启动位
  ADC_CR2 |= ADC_CR2_ADON;
}

// 读取 ADC 转换结果
uint16_t ADC_GetConversionResult(void) {
  // 等待转换完成
  while (!(ADC_CR2 & ADC_CR2_EOC));

  // 读取转换结果
  return ADC_DR;
}

# 3. STM32 ADC 实践应用

### 3.1 模拟电压采集

#### 3.1.1 电压采集原理

STM32 ADC 可以将模拟电压信号转换为数字信号，从而实现电压采集。其基本原理是将模拟信号通过采样保持电路（S&H）进行采样，然后通过模数转换器（ADC）将采样后的模拟信号转换为数字信号。

#### 3.1.2 电压采集配置

STM32 ADC 电压采集配置主要包括以下步骤：

1. **配置 ADC 时钟：**ADC 时钟源和分频系数决定了 ADC 的采样率。
2. **配置 ADC 通道：**选择需要采集的模拟输入通道。
3. **配置 ADC 转换模式：**选择单次转换模式或连续转换模式。
4. **配置 ADC 触发方式：**选择软件触发或外部触发。
5. **配置 ADC 数据对齐：**选择数据对齐方式，影响 ADC 转换结果的存储方式。

#### 3.1.3 电压采集代码示例

#include "stm32f1xx_hal.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;

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