STM32 ADC转换详解：模拟信号数字化，连接现实与数字

# 1. STM32 ADC概述

### 1.1 ADC简介

ADC（模数转换器）是一种将模拟信号（如电压、电流）转换为数字信号的电子器件。在STM32微控制器中，ADC模块负责将模拟输入信号数字化，以便微控制器可以处理和分析这些信号。

### 1.2 ADC在STM32中的应用

STM32 ADC广泛应用于各种嵌入式系统中，包括：

- 传感器数据采集：温度、湿度、压力等
- 电压和电流测量
- 音频信号处理
- 电机控制

# 2. ADC转换原理与配置

### 2.1 ADC转换基本原理

ADC（模数转换器）是一种将模拟信号（连续变化的电压或电流）转换为数字信号（离散的二进制值）的电子器件。STM32 ADC采用逐次逼近（SAR）转换技术，其基本原理如下：

1. **采样：**ADC首先对模拟信号进行采样，将连续信号转换为离散信号。采样速率决定了ADC的采样频率，单位为每秒采样次数（sps）。
2. **比较：**ADC将采样值与一个内部参考电压进行比较。参考电压通常是外部提供的固定电压或内部产生的带隙基准电压。
3. **逼近：**ADC通过逐次调整比较器输入的数字信号，逼近模拟信号的电压值。每次调整都会将数字信号向模拟信号靠近一步。
4. **转换：**当数字信号与模拟信号足够接近时，ADC停止逼近过程，输出最终的数字转换结果。

### 2.2 STM32 ADC架构与配置

STM32 ADC模块由多个子模块组成，包括：

- **ADC核：**负责执行ADC转换过程。
- **采样保持器（S&H）：**在转换过程中保持采样信号的稳定。
- **量化器：**将模拟信号转换为数字信号。
- **比较器：**用于比较采样值和参考电压。

ADC的配置可以通过寄存器设置来完成。主要配置寄存器包括：

- **ADC_CR1：**控制ADC的使能、转换模式、采样时间等。
- **ADC_CR2：**控制ADC的触发源、外部触发极性等。
- **ADC_SQR1：**控制ADC的通道序列、转换顺序等。

### 2.3 ADC采样与量化

ADC的采样速率和量化位数是影响ADC性能的关键因素。

**采样速率：**采样速率决定了ADC每秒可以转换多少次模拟信号。采样速率越高，ADC可以捕捉到更快速变化的信号。

**量化位数：**量化位数决定了ADC转换结果的精度。量化位数越高，ADC可以将模拟信号转换为更精细的数字值。

### 2.4 ADC转换精度与分辨率

ADC的转换精度和分辨率是密切相关的。

**转换精度：**转换精度是指ADC转换结果与实际模拟信号之间的误差。转换精度通常用绝对误差或相对误差来表示。

**分辨率：**分辨率是指ADC可以区分的最小模拟信号变化。分辨率通常用量化位数来表示，量化位数越高，分辨率越高。

以下表格总结了ADC转换精度与分辨率之间的关系：

| 量化位数 | 分辨率 | 转换精度 |
|---|---|---|
| 8 | 1/256 | ±1/2 LSB |
| 10 | 1/1024 | ±1/4 LSB |
| 12 | 1/4096 | ±1/8 LSB |
| 16 | 1/65536 | ±1/16 LSB |

**代码块：**

// 配置ADC采样时间为239.5周期
ADC_CR2 |= ADC_CR2_TSVSE;
ADC_CR2 |= ADC_CR2_TSVSE_2;
ADC_CR2 |= ADC_CR2_TSVSE_3;

**逻辑分析：**

上述代码设置ADC的采样时间为239.5个ADC时钟周期。ADC时钟周期由ADC时钟源和分频系数决定。该设置适用于采样速率较低的情况。

**参数说明：**

- `ADC_CR2`: ADC控制寄存器2
- `ADC_CR2_TSVSE`: 采样时间选择位
- `ADC_CR2_TSVSE_2`: 采样时间选择位2
- `ADC_CR2_TSVSE_3`: 采样时间选择位3

# 3. ADC中断处理与DMA传输

### 3.1 ADC中断处理机制

ADC中断是当ADC转换完成或发生错误时触发的事件。STM32 MCU提供了多种ADC中断源，包括：

- **EOC中断（转换结束）：**当ADC转换完成时触发。
- **OVR中断（溢出）：**当ADC转换结果溢出时触发。
- **EOS中断（扫描结束）：**当ADC扫描所有通道完成时触发。
- **EOCIE中断（转换结束中断使能）：**当EOC中断使能时触发。
- **OVRIE中断（溢出中断使能）：**当OVR中断使能时触发。
- **EOSIE中断（扫描结束中断使能）：**当EOS中断使能时触发。

ADC中断处理机制可以通过寄存器进行配置。中断处理程序应读取ADC中断标志寄存器（ADC_ISR）以确定中断源，然后执行适当的操作。

### 3.2 ADC DMA传输配置与使用

DMA（直接内存访问）是一种硬件机制，允许ADC将转换结果直接传输到内存，而无需CPU干预。这可以提高ADC的性能，特别是对于需要高数据吞吐量的情况。

要配置ADC DMA传输，需要执行以下步骤：

1. **配置DMA通道：**选择一个DMA通道并配置其源地址（ADC数据寄存器）、目标地址（内存缓冲区）和传输大小。
2. **配置ADC DMA请求：**配置ADC DMA请求源，以触发DMA传输。
3. **使能DMA传输：**使能DMA通道和ADC DMA请求。

以下代码示例展示了如何配置ADC DMA传输：

// 配置DMA通道1
DMA_Channel_TypeDef *DMA_Channel = DMA1_Channel1;
DMA_Channel->CCR = DMA_CCR_MINC | DMA_CCR_CIRC | DMA_CCR_PL_1 | DMA_CCR_MSIZE_0 | DMA_CCR_PSIZE_0 | DMA_CCR_TEIE;
DMA_Channel->CPAR = (uint32_t)&ADC1->DR;
DMA_Channel->CMAR = (uint32_t)buffer;
DMA_Channel->CNDTR = buffer_size;

// 配置A