STM32 ADC高级应用：高精度测量，解锁单片机的更多可能，实现精准数据采集

# 1. STM32 ADC基础**

STM32微控制器集成了高性能ADC（模数转换器），可将模拟信号（例如电压、电流和温度）转换为数字信号。ADC的基本原理是通过比较输入信号与内部参考电压来确定输入信号的幅度。

STM32 ADC具有多种特性，包括：
- 可配置的分辨率（12位或16位）
- 可编程的采样率
- 多个输入通道
- 各种触发和中断选项

了解ADC的基础知识对于充分利用其功能至关重要。本章节将介绍ADC的基本工作原理、配置选项和应用注意事项。

# 2. ADC采样技术

### 2.1 过采样和滤波

#### 2.1.1 过采样的原理和优势

过采样是一种提高ADC分辨率的技术。它通过以高于所需采样率的频率对模拟信号进行采样，然后对采样数据进行数字滤波，从而消除高频噪声和提高有效分辨率。

**原理：**

* 以高于所需采样率的频率对模拟信号进行采样。
* 将采样数据存储在缓冲区中。
* 使用数字滤波算法对缓冲区中的数据进行滤波。
* 滤波后的数据具有更高的分辨率。

**优势：**

* 提高ADC分辨率，无需使用更高分辨率的ADC。
* 降低噪声，提高测量精度。
* 减少混叠效应。

#### 2.1.2 数字滤波算法的应用

数字滤波算法用于从采样数据中去除噪声和提高分辨率。常用的数字滤波算法包括：

* **移动平均滤波：**计算采样数据窗口内的平均值。
* **中值滤波：**计算采样数据窗口内的中值。
* **低通滤波：**去除高频噪声，保留低频信号。
* **高通滤波：**去除低频噪声，保留高频信号。

**代码示例：**

// 移动平均滤波
uint16_t moving_average(uint16_t *data, uint16_t window_size) {
    uint32_t sum = 0;
    for (int i = 0; i < window_size; i++) {
        sum += data[i];
    }
    return sum / window_size;
}

// 中值滤波
uint16_t median_filter(uint16_t *data, uint16_t window_size) {
    qsort(data, window_size, sizeof(uint16_t), cmpfunc);
    return data[window_size / 2];
}

### 2.2 采样率与分辨率的平衡

#### 2.2.1 采样率的影响因素

采样率影响ADC的精度和带宽。采样率越高，精度越高，但带宽越窄。采样率的选取需要考虑以下因素：

* **模拟信号的最高频率：**采样率必须高于模拟信号的最高频率，以避免混叠效应。
* **所需的精度：**更高的采样率可以提高精度。
* **系统资源：**较高的采样率需要更多的处理能力和存储空间。

#### 2.2.2 分辨率与采样率的取舍

ADC的分辨率和采样率之间存在权衡关系。一般来说，更高的分辨率需要更低的采样率。在选择采样率和分辨率时，需要考虑以下因素：

* **测量范围：**ADC的分辨率必须足够高，以覆盖所需的测量范围。
* **精度要求：**更高的分辨率可以提高精度。
* **系统性能：**较高的分辨率需要更多的处理时间和存储空间。

**表格：采样率与分辨率的取舍**

| 采样率 | 分辨率 | 优势 | 劣势 |
|---|---|---|---|
| 高 | 低 | 高精度 | 低带宽 |
| 低 | 高 | 低精度 | 高带宽 |

# 3. ADC应用实践**

### 3.1 电压测量

#### 3.1.1 电压测量原理

ADC的电压测量原理是将被测电压转换为数字信号，以便微控制器进行处理和分析。具体过程如下：

1. **采样：**ADC将被测电压采样，将其转换为模拟信号。
2. **量化：**模拟信号通过模数转换器（ADC）进行量化，将其转换为数字信号。
3. **存储：**数字信号存储在ADC的寄存器中。
4. **读取：**微控制器读取ADC寄存器中的数字信号，并将其转换为电压值。

#### 3.1.2 提高电压测量精度的技巧

为了提高电压测量精度，可以采用以下技巧：

* **使用