STM32标准库-ADC数模转换器

文章目录

一、ADC
- 1.1简介
- [1. 2逐次逼近型ADC](#1. 2逐次逼近型ADC)
- 1.3ADC框图
- 1.4ADC基本结构
- - [1.4.1 信号 "上车点"：输入模块（GPIO、温度、V_REFINT）](#1.4.1 信号 “上车点”：输入模块（GPIO、温度、V_REFINT）)
  - [1.4.2 信号 "调度站"：多路开关](#1.4.2 信号 “调度站”：多路开关)
  - [1.4.3 信号 "加工厂"：ADC 转换器（规则组 + 注入组）](#1.4.3 信号 “加工厂”：ADC 转换器（规则组 + 注入组）)
  - [1.4.4信号 "暂存柜"：AD 数据寄存器](#1.4.4信号 “暂存柜”：AD 数据寄存器)
  - [1.4.5 信号 "监督员"：模拟看门狗](#1.4.5 信号 “监督员”：模拟看门狗)
  - [1.4.6信号 "报警器"：中断输出控制 + NVIC](#1.4.6信号 “报警器”：中断输出控制 + NVIC)
  - [1.4.7 系统 "动力源"：触发控制 + RCC](#1.4.7 系统 “动力源”：触发控制 + RCC)
  - [1.4.8系统 "总开关"：开关控制](#1.4.8系统 “总开关”：开关控制)
- 1.5输入通道
- 1.6转换模式
- 1.7触发控制
- 1.8数据对齐
- 1.9转换时间
- 1.10校准
- 1.11硬件电路
二、AD单通道
- 2.1接线图
- 2.2代码
- [2.3ADC 相关 API 函数](#2.3ADC 相关 API 函数)
- - - [1. 时钟配置函数](#1. 时钟配置函数)
    - [2. GPIO 配置函数](#2. GPIO 配置函数)
    - [3. ADC 配置函数](#3. ADC 配置函数)
    - [4. ADC 控制函数](#4. ADC 控制函数)
    - [5. 状态和数据读取函数](#5. 状态和数据读取函数)
- 2.4工作现象
三、AD多通道
- 3.1接线图
- 3.2代码
- [3.3AD单通道未提及的关键 API](#3.3AD单通道未提及的关键 API)
- - - [1. ADC 通道配置函数](#1. ADC 通道配置函数)
    - [2. 采样时间说明](#2. 采样时间说明)
    - [3. ADC 状态标志位](#3. ADC 状态标志位)
- 3.4工作现象
- - - [1. **光敏传感器（AO 接 ADC 通道，如 PA0）**](#1. 光敏传感器（AO 接 ADC 通道，如 PA0）)
    - [2. **声音传感器（AO 接 ADC 通道，如 PA1）**](#2. 声音传感器（AO 接 ADC 通道，如 PA1）)
    - [3. **红外避障传感器（AO 接 ADC 通道，如 PA2）**](#3. 红外避障传感器（AO 接 ADC 通道，如 PA2）)
    - [4. **电位器（中间引脚接 ADC 通道，如 PA3）**](#4. 电位器（中间引脚接 ADC 通道，如 PA3）)

一、ADC

1.1简介

1. 2逐次逼近型ADC

1.3ADC框图

1.4ADC基本结构

以下用更通俗的 "信号 journey（旅程）" 逻辑，拆解各模块咋连接、咋配合干活：

1.4.1 信号 "上车点"：输入模块（GPIO、温度、V_REFINT）

GPIO（16 路）：像 16 个 "小天线"，能接外部五花八门的模拟信号（比如传感器电压、旋钮调节的电平），是最常用的信号入口。
温度传感器：专门测温度，把温度变化转成电压信号，相当于 "温度→电信号" 翻译器。
V_REFINT：内部精准参考电压，像 "标准尺"，给 ADC 转换当基准（比如转换时拿信号和它比，确定数字值）。

这些信号要先 "排队上车"，统一交给 多路开关（下面讲它的作用）。

1.4.2 信号 "调度站"：多路开关

作用：当 "交通调度员"，决定让哪路信号进 ADC 转换器。
逻辑：比如同时有 GPIO、温度传感器的信号，它选 1 路（规则组模式）或几路（注入组模式），送往后边的 ADC 转换器。

1.4.3 信号 "加工厂"：ADC 转换器（规则组 + 注入组）

规则组（最多 16 路）：常规 "生产线"，按预设顺序、节奏转换信号（比如循环采集 16 路 GPIO ），适合普通、批量的转换需求。
注入组（最多 4 路）："加急生产线"，优先级更高！遇到紧急信号（比如关键传感器超阈值），能插队先转换，灵活处理特殊需求。

不管规则组还是注入组，干的事一样：把模拟信号（连续电压）切成数字信号（0 和 1 组成的编码）。

1.4.4信号 "暂存柜"：AD 数据寄存器

转换完的数字信号，得找地方 "临时存一下"：
- 规则组结果：存在 "规则结果 ×1" 里（1 组数据对应 1 个寄存器）。
- 注入组结果：存在 "注入结果 ×4" 里（最多存 4 组，方便快速连续处理）。
就像工厂生产完零件，先放仓库，等 CPU 来 "取货" 处理。

1.4.5 信号 "监督员"：模拟看门狗

作用：当 "质量检测员"，盯着转换后的数字信号，看是否超出你设定的范围（比如温度不能太高 / 太低）。
触发：一旦超范围，立马发信号（相当于 "报警" ），告诉系统 "这信号有问题！"

1.4.6信号 "报警器"：中断输出控制 + NVIC

中断输出控制：收到模拟看门狗的 "报警" 后，整理信号，决定咋通知系统。
NVIC（嵌套向量中断控制器）：系统的 "总调度台"，收到中断信号后，暂停当前任务，优先处理 "信号异常" 事件（比如触发紧急程序、记录日志）。

1.4.7 系统 "动力源"：触发控制 + RCC

RCC（时钟控制器）：给 ADC 整个系统提供 "心跳"（时钟信号），所有模块得跟着时钟节奏干活，否则会乱套。
触发控制：决定啥时候启动 ADC 转换，像 "开关"：可以软件手动触发（程序里写代码启动），也能硬件触发（比如定时器定时启动），发的信号叫 "START"。

1.4.8系统 "总开关"：开关控制

简单粗暴：控制 ADC 模块整体 "开 / 关"。不用 ADC 时，关掉省点电；要用时，打开干活。

1.5输入通道

1.6转换模式

1.7触发控制

1.8数据对齐

1.9转换时间

1.10校准

1.11硬件电路

二、AD单通道

2.1接线图

2.2代码

main.c

c 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"

uint16_t ADValue;			//定义AD值变量
float Voltage;				//定义电压变量

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();			//OLED初始化
	AD_Init();				//AD初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "ADValue:");
	OLED_ShowString(2, 1, "Voltage:0.00V");
	
	while (1)
	{
		ADValue = AD_GetValue();					//获取AD转换的值
		Voltage = (float)ADValue / 4095 * 3.3;		//将AD值线性变换到0~3.3的范围，表示电压
		
		OLED_ShowNum(1, 9, ADValue, 4);				//显示AD值
		OLED_ShowNum(2, 9, Voltage, 1);				//显示电压值的整数部分
		OLED_ShowNum(2, 11, (uint16_t)(Voltage * 100) % 100, 2);	//显示电压值的小数部分
		
		Delay_ms(100);			//延时100ms，手动增加一些转换的间隔时间
	}
}

AD.c

c 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数：AD初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void AD_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);	//开启ADC1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟
	
	/*设置ADC时钟*/
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);						//选择时钟6分频，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA0引脚初始化为模拟输入
	
	/*规则组通道配置*/
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);		//规则组序列1的位置，配置为通道0
	
	/*ADC初始化*/
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;						//定义结构体变量
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//模式，选择独立模式，即单独使用ADC1
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//数据对齐，选择右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//外部触发，使用软件触发，不需要外部触发
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;		//连续转换，失能，每转换一次规则组序列后停止
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;			//扫描模式，失能，只转换规则组的序列1这一个位置
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					//通道数，为1，仅在扫描模式下，才需要指定大于1的数，在非扫描模式下，只能是1
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);						//将结构体变量交给ADC_Init，配置ADC1
	
	/*ADC使能*/
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//使能ADC1，ADC开始运行
	
	/*ADC校准*/
	ADC_ResetCalibration(ADC1);								//固定流程，内部有电路会自动执行校准
	while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}

/**
  * 函    数：获取AD转换的值
  * 参    数：无
  * 返 回 值：AD转换的值，范围：0~4095
  */
uint16_t AD_GetValue(void)
{
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);					//软件触发AD转换一次
	while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待EOC标志位，即等待AD转换结束
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);					//读数据寄存器，得到AD转换的结果
}

2.3ADC 相关 API 函数

1. 时钟配置函数

运行

c 复制代码

void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);

功能：启用或禁用 APB2 总线上的外设时钟（如 ADC1、GPIOA）。
参数：
- RCC_APB2Periph：外设选择（如RCC_APB2Periph_ADC1、RCC_APB2Periph_GPIOA）。
- NewState：ENABLE或DISABLE。

运行

c 复制代码

void RCC_ADCCLKConfig(uint32_t RCC_PCLK2);

功能：配置 ADC 时钟分频（ADC 时钟必须 ≤ 14MHz）。
参数：
- RCC_PCLK2：分频选项（如RCC_PCLK2_Div6表示 72MHz/6=12MHz）。

2. GPIO 配置函数

运行

c 复制代码

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

功能：初始化 GPIO 引脚。
参数：
- GPIOx：GPIO 端口（如GPIOA）。
- GPIO_InitStruct：GPIO 配置结构体（模式、引脚、速度）。

3. ADC 配置函数

运行

c 复制代码

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);

功能：配置规则组通道的转换顺序和采样时间。
参数：
- ADCx：ADC 外设（如ADC1）。
- ADC_Channel：通道号（如ADC_Channel_0对应 PA0）。
- Rank：序列位置（1~16）。
- ADC_SampleTime：采样周期（如ADC_SampleTime_55Cycles5）。

运行

c 复制代码

void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);

功能：初始化 ADC 参数。
参数：
- ADCx：ADC 外设。
- ADC_InitStruct：ADC 配置结构体（模式、对齐方式、触发方式等）。

4. ADC 控制函数

运行

c 复制代码

void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

功能：启用或禁用 ADC。
参数：
- ADCx：ADC 外设。
- NewState：ENABLE或DISABLE。

运行

c 复制代码

void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);

功能：软件触发 ADC 转换。
参数：
- ADCx：ADC 外设。
- NewState：ENABLE触发一次转换。

运行

c 复制代码

void ADC_ResetCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);
FlagStatus ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);
void ADC_StartCalibration(ADC_TypeDef* ADCx);
FlagStatus ADC_GetCalibrationStatus(ADC_TypeDef* ADCx);

功能：ADC 校准流程（复位校准、获取复位状态、开始校准、获取校准状态）。

5. 状态和数据读取函数

运行

c 复制代码

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);

功能：检查 ADC 标志位状态（如转换完成标志ADC_FLAG_EOC）。
参数：
- ADCx：ADC 外设。
- ADC_FLAG：标志位类型。

运行

c 复制代码

uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);

功能：获取 ADC 转换结果（0~4095，12 位分辨率）。
参数：
- ADCx：ADC 外设。
  AD.h

c 复制代码

#ifndef __AD_H
#define __AD_H

void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(void);

#endif

2.4工作现象

初始化阶段
- 调用AD_Init()后，ADC1 时钟开启，GPIOA 引脚配置为模拟输入模式，规则组通道 0（PA0）完成配置，ADC 进入就绪状态。
- 校准过程中，ADC_ResetCalibration和ADC_StartCalibration会触发内部校准电路工作，校准完成后标志位自动清除。
转换阶段
- 调用AD_GetValue()时，软件触发转换（ADC_SoftwareStartConvCmd），ADC_FLAG_EOC标志位在转换完成后置 1，返回值在 0~4095 范围内（对应输入电压 0~3.3V）。
- 若输入电压稳定（如接固定电阻分压），多次读取的 ADC 值波动较小（通常≤±3LSB）。
数据对应关系

三、AD多通道

3.1接线图

3.2代码

main.c

c 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"

uint16_t AD0, AD1, AD2, AD3;	//定义AD值变量

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();				//OLED初始化
	AD_Init();					//AD初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "AD0:");
	OLED_ShowString(2, 1, "AD1:");
	OLED_ShowString(3, 1, "AD2:");
	OLED_ShowString(4, 1, "AD3:");
	
	while (1)
	{
		AD0 = AD_GetValue(ADC_Channel_0);		//单次启动ADC，转换通道0
		AD1 = AD_GetValue(ADC_Channel_1);		//单次启动ADC，转换通道1
		AD2 = AD_GetValue(ADC_Channel_2);		//单次启动ADC，转换通道2
		AD3 = AD_GetValue(ADC_Channel_3);		//单次启动ADC，转换通道3
		
		OLED_ShowNum(1, 5, AD0, 4);				//显示通道0的转换结果AD0
		OLED_ShowNum(2, 5, AD1, 4);				//显示通道1的转换结果AD1
		OLED_ShowNum(3, 5, AD2, 4);				//显示通道2的转换结果AD2
		OLED_ShowNum(4, 5, AD3, 4);				//显示通道3的转换结果AD3
		
		Delay_ms(100);			//延时100ms，手动增加一些转换的间隔时间
	}
}

AD.c

c 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数：AD初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void AD_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);	//开启ADC1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟
	
	/*设置ADC时钟*/
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);						//选择时钟6分频，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA0、PA1、PA2和PA3引脚初始化为模拟输入
	
	/*不在此处配置规则组序列，而是在每次AD转换前配置，这样可以灵活更改AD转换的通道*/
	
	/*ADC初始化*/
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;						//定义结构体变量
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//模式，选择独立模式，即单独使用ADC1
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//数据对齐，选择右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//外部触发，使用软件触发，不需要外部触发
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;		//连续转换，失能，每转换一次规则组序列后停止
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;			//扫描模式，失能，只转换规则组的序列1这一个位置
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					//通道数，为1，仅在扫描模式下，才需要指定大于1的数，在非扫描模式下，只能是1
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);						//将结构体变量交给ADC_Init，配置ADC1
	
	/*ADC使能*/
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//使能ADC1，ADC开始运行
	
	/*ADC校准*/
	ADC_ResetCalibration(ADC1);								//固定流程，内部有电路会自动执行校准
	while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}

/**
  * 函    数：获取AD转换的值
  * 参    数：ADC_Channel 指定AD转换的通道，范围：ADC_Channel_x，其中x可以是0/1/2/3
  * 返 回 值：AD转换的值，范围：0~4095
  */
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);	//在每次转换前，根据函数形参灵活更改规则组的通道1
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);					//软件触发AD转换一次
	while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待EOC标志位，即等待AD转换结束
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);					//读数据寄存器，得到AD转换的结果
}

AD.h

c 复制代码

#ifndef __AD_H
#define __AD_H

void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel);

#endif

3.3AD单通道未提及的关键 API

除了之前提到的 ADC API，这段代码还涉及以下未详细说明的函数：

1. ADC 通道配置函数

运行

c 复制代码

void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime);

功能：配置规则组序列中的通道及其采样时间。
参数：
- ADC_Channel：通道号（如ADC_Channel_0~ADC_Channel_17）。
- Rank：序列位置（1~16，单通道模式下固定为 1）。
- ADC_SampleTime：采样周期（如ADC_SampleTime_55Cycles5）。

2. 采样时间说明

ADC 采样时间影响转换精度和速度，可选值包括：

运行

c 复制代码

ADC_SampleTime_1Cycles5   // 1.5个ADC时钟周期（最快）
ADC_SampleTime_7Cycles5   // 7.5个周期
ADC_SampleTime_13Cycles5  // 13.5个周期
ADC_SampleTime_28Cycles5  // 28.5个周期
ADC_SampleTime_41Cycles5  // 41.5个周期
ADC_SampleTime_55Cycles5  // 55.5个周期
ADC_SampleTime_71Cycles5  // 71.5个周期
ADC_SampleTime_239Cycles5 // 239.5个周期（最慢，抗干扰最强）

3. ADC 状态标志位

运行

c 复制代码

FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);

常用标志位：
- ADC_FLAG_EOC：规则组转换完成标志（代码中使用）。
- ADC_FLAG_AWD：模拟看门狗触发标志（需额外配置）。
- ADC_FLAG_OVR：数据溢出标志（连续转换模式下可能出现）。

3.4工作现象

初始化后 ：ADC1 和 GPIOA 时钟开启，PA0~PA3 配置为模拟输入模式，ADC 处于就绪状态但未开始转换（需调用AD_GetValue()触发）。
动态通道选择 ：每次调用AD_GetValue(channel)时，会临时配置规则组序列 1 为指定通道（如ADC_Channel_2对应 PA2），然后触发单次转换。
转换结果

：返回值范围为 0~4095，对应输入电压 0~3.3V（假设 VREF 为 3.3V）。例如：
- 输入 1.65V → 返回值约为 2048（1.65V/3.3V × 4095 ≈ 2048）。
- 输入悬空（无信号）→ 返回随机值（受噪声影响）。

1. 光敏传感器（AO 接 ADC 通道，如 PA0）

现象：
- 光照越强（如手电筒照射），ADC 值越大（对应电压越高，假设传感器输出与光照正相关）；
- 光照越弱（手遮挡），ADC 值越小，OLED / 串口数据同步变化。
原理：光敏电阻阻值随光照变化，转换为电压信号被 ADC 采集。

2. 声音传感器（AO 接 ADC 通道，如 PA1）

现象：
- 安静时，ADC 值 稳定在低范围（背景噪声小）；
- 拍手 / 说话时，ADC 值 瞬间跳升（声音越强，跳升幅度越大），数据波动明显。
原理：咪头采集声波，转换为电压波动，ADC 捕捉瞬时变化。

3. 红外避障传感器（AO 接 ADC 通道，如 PA2）

现象：
- 无遮挡时，ADC 值 接近最大值（红外反射强，输出电压高）；
- 手靠近遮挡时，ADC 值骤降（反射弱，电压低），响应迅速。
原理：红外发射 + 接收，距离 / 遮挡影响反射强度，转换为电压变化。

4. 电位器（中间引脚接 ADC 通道，如 PA3）

现象：
- 顺时针旋转：ADC 值 从 0→4095 线性递增（或递减，取决于接线方向）；
- 逆时针旋转：ADC 值 反向递减 / 递增，变化平滑无跳变。
原理：电位器分压，输出电压与旋转角度线性相关。