STM32单片机ADC详解：模数转换原理、配置和使用技巧

# 1. ADC基础理论**

模拟数字转换器（ADC）是一种将模拟信号（如电压或电流）转换为数字信号的电子器件。在STM32单片机中，ADC模块用于将模拟输入信号转换为数字值，以便微控制器可以处理和分析。

ADC转换过程包括以下步骤：
- **采样：**ADC将模拟输入信号采样，获取其瞬时值。
- **保持：**采样值被保持在一个内部电容中，以便进行转换。
- **转换：**保持的值通过一个模数转换器（ADC）进行转换，生成一个数字值。

# 2. STM32 ADC配置和初始化

### 2.1 ADC通道和引脚配置

STM32单片机上的ADC模块支持多个模拟输入通道，每个通道对应一个特定的引脚。在配置ADC之前，需要先确定要使用的模拟输入通道和相应的引脚。

**步骤：**

1. 查阅STM32单片机手册，确定要使用的模拟输入通道和对应的引脚。
2. 使用GPIO配置函数将引脚配置为模拟输入模式。

**代码示例：**

// 配置 PA0 引脚为模拟输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

### 2.2 ADC分辨率和采样率设置

ADC的分辨率决定了其转换结果的精度，采样率决定了ADC每秒钟可以转换多少次模拟信号。

**分辨率设置：**

STM32 ADC模块支持不同的分辨率，通常为 12 位或 16 位。分辨率越高，转换结果的精度越高。

**代码示例：**

// 设置 ADC 分辨率为 12 位
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
HAL_ADC_Init(&hadc1, &ADC_InitStructure);

**采样率设置：**

采样率可以通过设置 ADC 时钟分频器来调整。分频器值越大，采样率越低。

**代码示例：**

// 设置 ADC 时钟分频器为 8，采样率约为 1MHz
ADC_ClockPrescalerConfig(ADC1, ADC_CLOCKPRESCALER_PCLK_Div8);

### 2.3 ADC触发源和转换模式选择

ADC可以由多种触发源触发转换，包括软件触发、定时器触发和外部触发。转换模式决定了ADC如何处理转换结果。

**触发源选择：**

* **软件触发：**由软件代码直接触发转换。
* **定时器触发：**由定时器定时触发转换。
* **外部触发：**由外部事件（如外部中断）触发转换。

**代码示例：**

// 设置 ADC 触发源为软件触发
ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1, ADC_SOFTWARE_START, ENABLE);

**转换模式选择：**

* **单次转换模式：**ADC每次触发只转换一次模拟信号。
* **连续转换模式：**ADC每次触发后会连续转换模拟信号，直到停止转换。

**代码示例：**

// 设置 ADC 转换模式为连续转换模式
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ContinuousConvMode = ENABLE;
HAL_ADC_Init(&hadc1, &ADC_InitStructure);

# 3. ADC数据采集和处理

### 3.1 ADC数据读取和转换

在配置和初始化ADC模块后，就可以开始采集和处理模拟信号数据。ADC数据采集过程主要包括以下步骤：

1. **启动转换：**通过设置ADC_CR2寄存器的ADON位启动ADC转换。
2. **等待转换完成：**ADC转换完成后，ADC_SR寄存器的EOC位会置位。
3. **读取转换结果：**转换结果存储在ADC_DR寄存器中，可以通过读取该寄存器获取数据。

ADC数据读取和转换的代码示例如下：

// 启动ADC转换
ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;

// 等待转换完成
while (!(ADC1->SR & ADC_SR_EOC));

// 读取转换结果
uint16_t adc_data = ADC1->DR;

### 3.2 ADC中断处理和数据缓存

为了避免CPU持续轮询ADC转换完成状态，可以启用ADC中断，当转换完成后触发中断。这样，CPU可以在转换期间执行其他任务，提高系统效率。

ADC中断处理和数据缓存的代码示例如下：

// 启用ADC中断
ADC1->CR1 |= ADC_CR1_EOCIE;

// 中断服务函数
void ADC1_IRQHandler(void)
{
    // 清除中断标志位
    ADC1->SR &= ~ADC_SR_EOC;

    // 读取转换结果
    uint16_t adc_data = ADC1->DR;

    // 数据缓存处理
    // ...
}

### 3.3 ADC数据滤波和校准

ADC采集的模拟信号数据可能存在噪声和干扰，为了获得更准确的数据，需要对数据进行滤波处理。常用的滤波方法包括：

- **滑动平均滤波：**对多个连续采样值求平均值，以消除随机噪声。
- **中值滤波：**对多个连续采样值排序，取中间值作为滤波结果，以消除脉冲干扰。

ADC数据滤波的代码示例如下：

// 滑动平均滤波
uint16_t adc_data_filtered[10];
uint16_t adc_data_sum = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    adc_data_sum += adc_data[i];
}
uint16_t adc_data_filtered_avg = adc_data_sum /