STM32 ADC模拟数据采集实战指南：从原理到应用，轻松获取真实世界数据

# 1. STM32 ADC基本原理**

模拟数字转换器（ADC）是STM32微控制器中一个重要的外设，用于将模拟信号（如电压、温度）转换为数字信号。本节将介绍STM32 ADC的基本原理，包括其架构、转换过程和关键特性。

ADC由一个多路复用器、一个模数转换器（ADC）和一个数字寄存器组成。多路复用器负责选择要转换的模拟输入信号，而ADC负责将模拟信号转换为数字信号。数字寄存器存储转换后的数字信号。

STM32 ADC的转换过程包括采样、保持和转换三个步骤。采样阶段，ADC将模拟输入信号采样并将其保持在保持电容中。保持阶段，保持电容中的电压保持稳定，以便ADC进行转换。转换阶段，ADC将保持电容中的电压转换为数字信号，并将其存储在数字寄存器中。

# 2. STM32 ADC编程技巧

### 2.1 ADC配置和初始化

**ADC配置**

ADC配置是ADC编程的关键步骤，它决定了ADC的采样率、分辨率、触发方式等基本参数。STM32的ADC配置主要通过以下寄存器进行：

- **ADC_CR1**：控制ADC的全局设置，如采样时间、连续转换模式、触发源等。
- **ADC_CR2**：控制ADC的通道选择、扫描模式、DMA传输等。
- **ADC_SMPRx**：控制各通道的采样时间。

**ADC初始化**

ADC初始化包括以下步骤：

1. **时钟使能**：使能ADC时钟，以提供ADC工作所需的时钟信号。
2. **配置ADC寄存器**：根据需要配置ADC_CR1、ADC_CR2、ADC_SMPRx等寄存器。
3. **校准ADC**：STM32的ADC在出厂时已校准，但为了获得更高的精度，可以在初始化时进行校准。

// ADC时钟使能
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN;

// 配置ADC_CR1寄存器
ADC1->CR1 = ADC_CR1_RES_12BIT | ADC_CR1_SCAN_SEQ1;

// 配置ADC_CR2寄存器
ADC1->CR2 = ADC_CR2_CONT_CONTINUOUS | ADC_CR2_EXTTRIG_SWSTART;

// 配置ADC_SMPR2寄存器
ADC1->SMPR2 = ADC_SMPR2_SMP_0 | ADC_SMPR2_SMP_1 | ADC_SMPR2_SMP_2;

// ADC校准
ADC1->CR2 |= ADC_CR2_CAL;
while ((ADC1->CR2 & ADC_CR2_CAL) != 0);

### 2.2 ADC数据采集和处理

**数据采集**

ADC数据采集是通过启动ADC转换来实现的。转换完成后，ADC会将转换结果存储在ADC_DR寄存器中。

// 启动ADC转换
ADC1->CR2 |= ADC_CR2_SWSTART;

// 等待转换完成
while ((ADC1->SR & ADC_SR_EOC) == 0);

// 读取ADC转换结果
uint16_t adc_value = ADC1->DR;

**数据处理**

采集到的ADC数据通常需要进行处理，如单位转换、滤波等。

**单位转换**

ADC转换结果是数字值，需要根据ADC的分辨率和参考电压将其转换为实际的物理量。

// 将ADC值转换为电压值
float voltage = adc_value * VREF / 4096;

**滤波**

ADC采集的数据可能存在噪声，需要进行滤波以提高数据的稳定性。常用的滤波方法有移动平均滤波、指数加权移动平均滤波等。

// 移动平均滤波
float filtered_value = 0;
for (int i = 0; i < FILTER_SIZE; i++) {
    filtered_value += adc_values[i];
}
filtered_value /= FILTER_SIZE;

### 2.3 ADC中断处理和优化

**ADC中断处理**

ADC中断处理主要用于在ADC转换完成后通知MCU。STM32的ADC中断可以通过以下寄存器配置：

- **ADC_IER**：使能ADC中断。
- **ADC_ISR**：ADC中断服务程序。

// 使能ADC中断
ADC1->IER |= ADC_IER_EOCIE;

// ADC中断服务程序
void ADC1_IRQHandler(void) {
    if (ADC1->SR & ADC_SR_EOC) {
        // 处理ADC转换完成中断
    }
}

**ADC优化**

ADC优化可以提高ADC的性能和功耗。常用的优化方法有：

- **使用DMA传输**：DMA传输可以减少CPU开销，提高数据采集效率。
- **降低采样率**：降低采样率可以降低功耗，但会降低数据的精度。
- **使用低功耗模式**：STM32的ADC提供低功耗模式，可以降低功耗。

# 3. STM32 ADC实践应用

### 3.1 温度采集与显示

**原理：**
STM32 MCU 集成了内部温度传感器，可通过 ADC 通道读取温度值。通过校准和转换，可将 ADC 原始数据转换为实际温度值。

**代码：**

#include "stm32f4xx_hal.h"

// ADC 配置和初始化
void ADC_Config(void) {
    // 开启 ADC 时钟
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

    // ADC 初始化结构体
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
    ADC_InitStruct.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    ADC_InitStruct.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    ADC_InitStruct.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
    ADC_InitStruct.ContinuousConvMode