STM32单片机ADC编程实践：模拟信号采集，连接物理世界

# 1. STM32单片机ADC简介**

STM32单片机中的ADC（模数转换器）是一种将模拟信号（如电压、电流）转换为数字信号的器件。它在嵌入式系统中广泛应用，例如数据采集、传感器接口和控制系统。

STM32 ADC具有以下主要特性：

* 高精度和分辨率（高达12位）
* 多个采样速率（高达2.4 MSPS）
* 多个通道（高达16个）
* 可编程中断和DMA支持
* 低功耗模式

# 2.1 ADC基本原理和架构

### ADC基本原理

模数转换器（ADC）是一种电子器件，用于将模拟信号（连续变化的电压或电流）转换为数字信号（离散的二进制值）。ADC的工作原理基于比较器，它将模拟信号与一系列参考电压进行比较。

### ADC架构

典型的ADC架构包括以下组件：

- **采样保持电路：**保持模拟信号在转换期间的稳定性。
- **比较器：**将采样信号与参考电压进行比较，产生数字输出。
- **逐次逼近寄存器（SAR）：**通过逐次逼近法确定数字输出。
- **数字输出寄存器：**存储转换后的数字值。

### ADC转换过程

ADC转换过程如下：

1. **采样：**采样保持电路捕获模拟信号的当前值。
2. **比较：**比较器将采样信号与参考电压进行比较，输出一个二进制位。
3. **逼近：**SAR将参考电压除以2，并与采样信号进行比较。如果采样信号大于参考电压，则SAR将最高有效位（MSB）设置为1，否则设置为0。
4. **重复：**SAR重复步骤3，直到最低有效位（LSB）被确定。
5. **输出：**数字输出寄存器存储转换后的数字值。

### ADC性能指标

ADC的性能由以下指标衡量：

- **分辨率：**转换后数字信号的位数。
- **采样速率：**ADC每秒转换的采样数量。
- **精度：**转换结果与实际模拟信号之间的偏差。
- **线性度：**ADC输出与模拟输入之间的线性关系。
- **信噪比（SNR）：**ADC输出信号中信号功率与噪声功率之比。

# 3. ADC编程实践

### 3.1 ADC初始化和配置

ADC编程实践的第一步是初始化和配置ADC外设。这涉及到设置以下参数：

- **时钟源：**选择ADC时钟源，可以是内部时钟或外部时钟。
- **采样速率：**设置ADC的采样速率，单位为sps（每秒采样）。
- **分辨率：**设置ADC的分辨率，单位为位数。
- **触发源：**选择ADC的触发源，可以是软件触发、外部触发或定时器触发。
- **通道选择：**选择要转换的模拟通道。

**代码块：**

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

    // 设置ADC时钟源为内部时钟
    ADC_ClockModeConfig(ADC1, ADC_ClockMode_HCLK);

    // 设置ADC采样速率为100sps
    ADC_SetSampleTime(ADC1, ADC_SampleTime_1024Cycles);

    // 设置ADC分辨率为12位
    ADC_SetResolution(ADC1, ADC_Resolution_12b);

    // 设置ADC触发源为软件触发
    ADC_ExternalTrigConfig(ADC1, ADC_ExternalTrig_Software);

    // 使能ADC
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
}

**逻辑分析：**