STM32单片机ADC采样：揭秘ADC原理、配置和应用的真相

# 1. ADC基本原理**

ADC（模数转换器）是一种将模拟信号（如电压、电流或温度）转换为数字信号的电子器件。STM32单片机集成了高性能ADC，可用于测量各种模拟信号。

ADC的基本工作原理是通过比较输入信号与内部基准电压，将模拟信号离散化为一系列数字值。转换精度由ADC的分辨率决定，分辨率越高，转换精度越高。ADC的采样速率决定了它每秒可以转换多少次模拟信号。

# 2. STM32 ADC配置与编程

### 2.1 ADC配置寄存器详解

STM32 ADC配置寄存器主要包括以下几个：

- **ADC_CR1**：控制ADC的基本配置，如时钟源、分辨率、采样时间等。
- **ADC_CR2**：控制ADC的中断和触发方式。
- **ADC_SMPR1**和**ADC_SMPR2**：设置不同通道的采样时间。
- **ADC_SQR1**和**ADC_SQR2**：设置ADC通道扫描序列。
- **ADC_DR**：存储ADC转换结果。

#### 2.1.1 ADC时钟源和采样频率

ADC时钟源可以是APB2时钟或外部时钟。APB2时钟的频率一般为84MHz，而外部时钟的频率范围更广，可达数十MHz。

采样频率由ADC时钟源和ADC分频系数决定。分频系数可以通过ADC_CR2寄存器的ADCPRE位域设置。采样频率计算公式为：

采样频率 = ADC时钟源频率 / (分频系数 + 1)

例如，如果使用APB2时钟源，分频系数设置为4，则采样频率为84MHz / (4 + 1) = 16.8MHz。

#### 2.1.2 分辨率和采样时间

ADC的分辨率决定了转换结果的精度，STM32 ADC的分辨率可配置为12位或16位。

采样时间决定了ADC转换的稳定性，采样时间越长，转换结果越稳定。采样时间可以通过ADC_SMPR1和ADC_SMPR2寄存器设置。

#### 2.1.3 触发方式和转换模式

ADC的触发方式可以是软件触发、外部触发或定时器触发。软件触发是最简单的触发方式，通过设置ADC_CR2寄存器的SWSTART位即可触发转换。

转换模式可以是单次转换或连续转换。单次转换模式下，ADC在触发后进行一次转换，然后进入待机状态。连续转换模式下，ADC在触发后会连续进行转换，直到停止转换为止。

### 2.2 ADC中断和DMA配置

#### 2.2.1 ADC中断处理

ADC转换完成后，会产生中断。中断处理程序可以通过设置ADC_CR1寄存器的EOCIE位使能中断。

在中断处理程序中，可以读取ADC_DR寄存器获取转换结果。

#### 2.2.2 DMA配置和使用

DMA（直接存储器访问）可以将ADC转换结果直接传输到内存中，无需CPU参与。

要使用DMA，需要配置DMA通道和ADC DMA请求。DMA通道的配置包括源地址（ADC_DR寄存器）、目的地址（内存地址）、传输长度等。ADC DMA请求可以通过设置ADC_CR2寄存器的DMAEN位使能。

使用DMA可以大大提高ADC的转换效率，特别是对于需要连续转换大量数据的应用。

# 3. ADC应用实践

### 3.1 电压测量

#### 3.1.1 电压测量原理

ADC电压测量是通过将待测电压转换为数字信号，然后由MCU进行处理和显示。具体步骤如下：

1. **采样：**ADC将模拟电压信号采样为数字信号。采样频率和分辨率决定了测量精度。
2. **量化：**将采样后的模拟信号转换为数字信号，即量化。量化位数决定了ADC的分辨率。
3. **转换：**将量化后的数字信号转换为MCU可识别的数字格式，即转换。转换时间决定了ADC的转换速度。

#### 3.1.2 测量精度和误差分析

ADC电压测量的精度受多种因素影响，包括：

- **采样频率：**采样频率越高，精度越高。
- **分辨率：**分辨率越高，精度越高。
- **参考电压：**参考电压的稳定性直接影响测量精度。
- **噪声和干扰：**外部噪声和干扰会降低测量精度。

### 3.2 温度测量

#### 3.2.1 温度传感器选型

温度测量通常使用温度传感器，如热敏电阻（NTC）或热电偶。选择温度传感器时需考虑