STM32中ADC详解

前言

在嵌入式系统中，模拟信号与数字信号的转换是连接物理世界与数字系统的核心环节。ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）作为实现这一转换的关键外设，被广泛应用于传感器数据采集（如温湿度、光照、压力）、电池电压监测、音频信号处理等场景。STM32系列芯片集成了高性能ADC外设，支持多通道、高分辨率、多种转换模式，能满足从低速高精度到高速实时采集的多样化需求。

本文将从ADC基础原理出发，系统解析STM32 ADC的外设结构、工作模式、硬件设计要点与软件配置方法，通过实战案例（单通道采集、多通道扫描、DMA传输、注入通道等）展示不同场景下的应用，并提供精度优化与调试技巧，帮助嵌入式开发者从入门到精通STM32 ADC的使用。

一、ADC基础原理

1.1 什么是ADC？

ADC是将连续变化的模拟信号（如电压、电流）转换为离散数字信号的器件。其核心指标包括：

• 分辨率：表示ADC能区分的最小模拟信号变化，通常以位数表示（如12位ADC，可将满量程分为2¹²=4096个等级）；
• 转换速率：单位时间内完成的转换次数（如1MHz表示每秒转换100万次）；
• 精度：转换结果与真实值的偏差（包括非线性误差、偏移误差等）；
• 量程：可测量的模拟信号范围（如0~3.3V）。

STM32的ADC为逐次逼近型ADC，通过内部比较器与DAC逐位逼近输入信号，平衡了转换速度与精度，适合中高速采集场景。

1.2 ADC转换流程

一次完整的ADC转换包括采样-保持 和量化-编码两个阶段：

1. 采样-保持：通过采样开关将模拟信号接入采样电容，在采样结束后断开开关，保持电容上的电压稳定，确保转换期间信号不变；
2. 量化-编码 ：将保持的模拟电压与基准电压比较，转换为对应的数字量（如12位ADC中，0_3.3V对应04095）。

公式 ：数字量 = (输入电压 / 参考电压) × (2^分辨率 - 1)

例如：12位ADC，参考电压3.3V，输入电压1.65V时，数字量 = (1.65/3.3)×4095 = 2047。

1.3 STM32 ADC的核心特性

STM32不同系列的ADC性能略有差异（以主流的F103、F407、H7为例），共性特性包括：

• 分辨率：12位（部分型号支持10/8/6位可调）；
• 转换速率：最高可达2.4MHz（F103）、2.8MHz（F407）、36MHz（H7）；
• 通道数量：16个外部通道（GPIO引脚）+ 内部通道（如温度传感器、参考电压、电池电压监测）；
• 工作模式：单通道单次转换、多通道扫描、连续转换、间断模式等；
• 触发方式：软件触发、定时器触发、外部中断触发；
• 数据对齐：左对齐或右对齐（影响数字量的存储格式）；
• 校准功能：支持自校准，降低偏移误差。

二、STM32 ADC外设结构

STM32的ADC外设采用"多通道共享转换器"架构，通过通道选择器切换输入信号，核心结构包括模拟多路开关、采样保持电路、ADC核心、数据寄存器、触发控制器等。

2.1 通道配置

STM32 ADC的通道分为外部通道 和内部通道：

• 外部通道 ：通过GPIO引脚输入（如F103的PA0_PA7、PB0PB1等），每个通道对应特定引脚（需参考数据手册的"ADC通道引脚映射表"）；
• 内部通道 ：集成在芯片内部，无需外部引脚，包括：
  • 温度传感器（ADC1_IN16，F103系列）；
  • 内部参考电压VREFINT（ADC1_IN17）；
  • 电池电压监测VBAT（通过ADC1_IN18，需配置VBAT引脚）。

示例：STM32F103C8T6的ADC1外部通道映射：

• PA0 → ADC1_IN0
• PA1 → ADC1_IN1
• ...
• PA7 → ADC1_IN7
• PB0 → ADC1_IN8
• PB1 → ADC1_IN9

2.2 转换模式

STM32 ADC支持多种转换模式，适应不同采集需求：

• 单次转换模式：启动一次转换后，仅转换一次指定通道，转换完成后停止；
• 连续转换模式：启动后持续转换指定通道，转换完成后自动重新开始；
• 扫描模式：对多个通道按顺序依次转换（需配置通道序列），适用于多传感器采集；
• 间断模式：将通道序列分为多组，每组转换后暂停，等待下一次触发（适合分阶段采集）。

2.3 触发方式

ADC转换可通过软件或硬件触发启动：

• 软件触发：通过写入ADC控制寄存器的SWSTART位启动（灵活，适合低频率采集）；
• 硬件触发：由内部定时器（TIM1~TIM8）、外部中断线等触发（精确控制转换时刻，适合同步采集）。

常用硬件触发源（以F103为例）：

• TIM1_CH1 → ADC1_EXTRIG0
• TIM2_CH3 → ADC1_EXTRIG1
• TIM3_TRGO → ADC1_EXTRIG2
• ...

2.4 数据寄存器与对齐方式

ADC转换结果存储在16位数据寄存器（ADC_DR）中，支持两种对齐方式：

• 右对齐：转换结果的最低位对齐寄存器的0位（12位数据存储在[11:0]位，默认方式）；
• 左对齐：转换结果的最高位对齐寄存器的15位（12位数据存储在[15:4]位，便于截断为8位数据）。

示例：12位ADC，输入电压对应数字量2047（0x7FF）：

• 右对齐：ADC_DR = 0x07FF
• 左对齐：ADC_DR = 0x7FF0

二、STM32 ADC外设详解

2.1 外设结构（以STM32F103为例）

STM32F103系列通常包含2个ADC（ADC1、ADC2），部分型号（如F103ZET6）有3个ADC（增加ADC3），共享16个外部通道。其结构框图如下（简化版）：

[模拟输入通道] → [多路开关] → [采样保持电路] → [ADC核心] → [数据寄存器]
                                          ↑
[触发控制器] → [转换控制逻辑] → [校准电路]

• 多路开关：选择当前转换的通道（支持扫描模式下的自动切换）；
• 采样保持电路：在转换期间保持输入电压稳定（采样时间可配置）；
• ADC核心：12位逐次逼近型转换器，完成量化与编码；
• 触发控制器：接收软件或硬件触发信号，启动转换；
• 校准电路：通过内部校准程序降低偏移误差。

2.2 关键参数配置

2.2.1 分辨率

STM32F1/F4系列ADC默认分辨率为12位，部分高端型号（如H7）支持可调分辨率（6/8/10/12位）。12位分辨率下，量化误差为满量程的1/4096（约0.024%）。

2.2.2 采样时间

采样时间是ADC对输入信号的采样持续时间，需根据输入信号的带宽配置（带宽越高，需越长采样时间）。STM32 ADC的采样时间可配置为：1.5、7.5、13.5、28.5、41.5、55.5、71.5、239.5个ADC时钟周期。

采样时间计算 ：

总转换时间 = 采样时间 + 12.5个ADC时钟周期（转换时间）

例如：ADC时钟为12MHz，采样时间7.5周期：

总转换时间 = (7.5 + 12.5) / 12MHz = 20 / 12e6 ≈ 1.67μs（转换速率约600kHz）。

2.2.3 ADC时钟

ADC时钟由APB2总线时钟分频得到（F103中APB2时钟最高72MHz），分频系数可配置为2、4、6、8，因此ADC时钟最高为72MHz/2=36MHz（但实际使用中，12位分辨率下建议≤14MHz以保证精度，高速模式可放宽至36MHz）。

2.3 注入通道与规则通道

STM32 ADC引入"规则通道"与"注入通道"的概念，用于区分常规与紧急采集：

• 规则通道：常规转换通道，最多支持16个通道（需配置转换序列）；
• 注入通道：优先于规则通道的紧急通道（如过压保护），最多支持4个通道，可打断规则通道转换，完成后自动恢复。

应用场景：规则通道采集正常传感器数据，注入通道监测异常信号（如电池过压），确保异常信号优先处理。

三、ADC硬件设计要点

ADC的硬件设计直接影响采集精度与稳定性，需重点关注输入信号调理、参考电压、抗干扰等环节。

3.1 输入信号范围与分压电路

STM32 ADC的输入电压范围为0_{VREF+（通常VREF+接3.3V，因此输入信号需限制在0}3.3V）。若测量超量程信号（如0_5V、012V），需通过分压电路降压：

示例：测量0~5V电压，分压电路设计：

• 采用两个10kΩ电阻串联，输入5V时，分压后为2.5V（≤3.3V）；
• 计算公式：V_ADC = V_IN × R2/(R1+R2)，其中R1=R2=10kΩ；
• 硬件需在ADC引脚处并联100nF电容滤波，减少高频噪声。

3.2 参考电压（VREF）

ADC的转换精度依赖参考电压的稳定性：

• 多数场景下，VREF+直接接3.3V电源（与VDD共享），但电源噪声会影响精度；
• 高精度场景下，可外接低噪声参考电压源（如TL431），通过VREF+引脚输入（需参考芯片数据手册，部分型号VREF+不可外接）。

3.3 抗干扰设计

• 布线要求：ADC输入线远离高频信号线（如SPI的SCK、电机驱动线），避免电磁干扰；
• 滤波电路：在ADC引脚与信号源之间串联100Ω电阻+并联100nF电容（RC低通滤波），截止频率约1.6MHz，滤除高频噪声；
• 接地处理：ADC输入信号的地应与数字地单点连接，避免地环路噪声；
• 电源滤波：在3.3V电源端并联10μF电解电容+100nF陶瓷电容，减少电源纹波。

3.4 温度传感器与内部参考电压

使用内部温度传感器时，需注意：

• 温度传感器的输出电压随温度变化（约2.5mV/℃），需通过公式换算：
  温度(℃) = [(V25 - V_TEMP) / Avg_Slope] + 25
  其中：V25=25℃时的电压（约1.43V），Avg_Slope=平均斜率（约4.3mV/℃）；
• 需使能内部温度传感器：通过ADC_CR2的TSVREFE位使能，且转换前需等待传感器上电稳定（约10μs）。

四、ADC软件配置步骤

本节以STM32F103 ADC1为例，分别介绍寄存器级与HAL库的配置方法，实现基础ADC采集功能。

4.1 寄存器级配置（单通道单次转换，PA0/ADC1_IN0）

步骤1：使能时钟

// 使能ADC1和GPIOA时钟（ADC1挂载APB2总线）
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN | RCC_APB2ENR_IOPAEN;
// 配置ADC时钟（APB2=72MHz，分频系数2，ADC时钟=36MHz）
RCC->CFGR &= ~RCC_CFGR_ADCPRE;
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_ADCPRE_DIV2;

步骤2：配置GPIO为模拟输入

ADC输入引脚需配置为模拟输入模式（无上下拉，不输出）：

// 配置PA0为模拟输入
GPIOA->CRL &= ~(GPIO_CRL_MODE0 | GPIO_CRL_CNF0);
// MODE0=00（输入模式），CNF0=00（模拟输入）

步骤3：ADC校准

ADC上电后需进行校准，降低偏移误差：

// 复位ADC
ADC1->CR2 |= ADC_CR2_RSTCAL;
while (ADC1->CR2 & ADC_CR2_RSTCAL);  // 等待复位完成

// 校准ADC
ADC1->CR2 |= ADC_CR2_CAL;
while (ADC1->CR2 & ADC_CR2_CAL);    // 等待校准完成

步骤4：配置ADC参数（单通道单次转换）

// 配置ADC：单通道、单次转换、右对齐、软件触发
ADC1->CR1 &= ~(ADC_CR1_SCAN | ADC_CR1_CONT);  // 关闭扫描和连续模式
ADC1->CR2 &= ~(ADC_CR2_ALIGN | ADC_CR2_EXTTRIG);  // 右对齐，禁止外部触发
ADC1->CR2 |= ADC_CR2_EXTSEL;  // 选择软件触发

// 配置转换序列：1个通道（通道0），排名1
ADC1->SQR1 &= ~ADC_SQR1_L;  // 转换序列长度=1（0000）
ADC1->SQR3 &= ~ADC_SQR3_SQ1;  // 第1个转换通道为通道0
ADC1->SQR3 |= ADC_SQR3_SQ1_0;

// 配置采样时间：通道0，采样时间7.5周期
ADC1->SMPR2 &= ~ADC_SMPR2_SMP0;
ADC1->SMPR2 |= ADC_SMPR2_SMP0_1;  // 7.5周期

步骤5：实现ADC转换函数

// 单次转换并返回结果（12位右对齐）
uint16_t ADC1_ReadChannel0(void) {
    // 使能ADC
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;
    // 启动转换（软件触发）
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_SWSTART;
    // 等待转换完成（EOC位为1）
    while (!(ADC1->SR & ADC_SR_EOC));
    // 读取结果（右对齐，取[11:0]位）
    return (uint16_t)(ADC1->DR & 0x0FFF);
}

3.2 HAL库配置（基于STM32CubeMX）

步骤1：创建工程与时钟配置

• 打开STM32CubeMX，选择芯片（如STM32F103C8T6）；
• 配置RCC：HSE时钟，系统时钟72MHz，APB2时钟72MHz；
• 配置ADC时钟：APB2分频2，ADC时钟36MHz。

步骤2：配置ADC1通道0

• 在"Pinout & Configuration"中，左侧选择"Analog"→"ADC1"；
• 勾选"IN0"（对应PA0）；
• 配置参数：
  • Mode：Independent ADC（独立模式）；
  • Data Alignment：Right Alignment（右对齐）；
  • Scan Conversion Mode：Disabled（关闭扫描）；
  • Continuous Conversion Mode：Disabled（关闭连续转换）；
  • Discontinuous Conversion Mode：Disabled；
  • External Trigger Conversion Source：Software trigger（软件触发）；
• 点击"ADC1_IN0"，配置Sampling Time为7.5 Cycles。

步骤3：生成代码

• 配置工程路径与IDE（如Keil MDK）；
• 生成代码，确保MX_ADC1_Init()函数正确初始化ADC。

步骤4：HAL库转换函数实现

// 单通道单次转换（阻塞式）
uint16_t ADC1_ReadChannel0(void) {
    uint16_t adc_value = 0;
    // 启动ADC转换
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    // 等待转换完成（超时100ms）
    if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) == HAL_OK) {
        // 读取转换结果（右对齐）
        adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    }
    // 停止ADC
    HAL_ADC_Stop(&hadc1);
    return adc_value;
}

四、实战案例

4.1 案例1：单通道电压采集（电池电压监测）

功能：通过ADC采集电池电压（0~4.2V），转换为实际电压值并通过UART输出。

硬件设计

• 电池电压通过10kΩ+20kΩ分压（4.2V → 4.2×20/(10+20)=2.8V ≤3.3V）；
• 分压后接入PA0（ADC1_IN0），并并联100nF滤波电容。

软件实现（HAL库）

// 初始化ADC和UART
void System_Init(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_ADC1_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
}

// 转换ADC值为实际电压（单位：mV）
uint16_t ADC_ConvertToVoltage(uint16_t adc_value) {
    // 3.3V对应4095，分压系数3（10k+20k）
    return (uint16_t)(adc_value * 3300.0f / 4095.0f * 3);
}

int main(void) {
    System_Init();
    uint16_t adc_val, voltage;
    
    while (1) {
        adc_val = ADC1_ReadChannel0();
        voltage = ADC_ConvertToVoltage(adc_val);
        printf("ADC值：%d，电池电压：%d mV\r\n", adc_val, voltage);
        HAL_Delay(1000);  // 每秒采集一次
    }
}

测试方法

• 用稳压电源模拟电池电压（0~4.2V），接入分压电路；
• 打开串口助手，观察输出的电压值是否与实际输入一致（误差应≤50mV）。

4.2 案例2：多通道扫描模式（环境传感器采集）

功能：通过ADC1的通道0（PA0）、通道1（PA1）、通道2（PA2）分别采集温度、湿度、光照传感器的模拟信号，采用扫描模式连续采集。

软件配置（HAL库）

1. 在CubeMX中配置ADC1：

   • Scan Conversion Mode：Enabled；
   • Continuous Conversion Mode：Enabled；
   • Number Of Conversion：3；
   • 配置转换序列：Channel0（Rank1）、Channel1（Rank2）、Channel2（Rank3）；
   • 采样时间均为13.5 Cycles。

2. 多通道读取函数：

// 多通道扫描模式采集（连续转换）
void ADC1_ReadMultiChannels(uint16_t *buf) {
    // 启动ADC
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    // 连续读取3个通道的转换结果
    for (uint8_t i = 0; i < 3; i++) {
        // 等待转换完成
        if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) == HAL_OK) {
            buf[i] = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
        } else {
            buf[i] = 0;  // 超时错误
        }
    }
    HAL_ADC_Stop(&hadc1);
}

3. 主函数调用：

int main(void) {
    System_Init();
    uint16_t adc_buf[3];  // 存储3个通道的ADC值
    
    while (1) {
        ADC1_ReadMultiChannels(adc_buf);
        printf("温度ADC：%d，湿度ADC：%d，光照ADC：%d\r\n", 
               adc_buf[0], adc_buf[1], adc_buf[2]);
        HAL_Delay(500);
    }
}

4.3 案例3：DMA传输（高速连续采集）

当需要高速连续采集（如音频信号、振动数据）时，使用DMA传输可避免CPU频繁读取ADC数据，提高效率。

配置步骤（CubeMX）

1. 配置ADC1为连续扫描模式，启用DMA：

   • Continuous Conversion Mode：Enabled；
   • DMA Continuous Requests：Enabled；
   • 在"DMA Settings"中添加ADC1_DMA，方向Peripheral to Memory，模式Circular（循环模式），数据宽度Half Word（16位）。

2. DMA缓冲区定义与初始化：

#define ADC_BUF_SIZE 1024  // 缓冲区大小
uint16_t adc_dma_buf[ADC_BUF_SIZE];  // DMA接收缓冲区

// 初始化ADC+DMA
void ADC1_DMA_Init(void) {
    MX_ADC1_Init();
    MX_DMA_Init();
    // 启动DMA循环采集
    HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_dma_buf, ADC_BUF_SIZE);
}

3. DMA传输完成回调（可选）：

// DMA半传输/全传输完成回调（循环模式下触发）
void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
    if (hadc == &hadc1) {
        // 处理前半缓冲区数据（0~511）
        process_adc_data(adc_dma_buf, 0, ADC_BUF_SIZE/2);
    }
}

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
    if (hadc == &hadc1) {
        // 处理后半缓冲区数据（512~1023）
        process_adc_data(adc_dma_buf, ADC_BUF_SIZE/2, ADC_BUF_SIZE/2);
    }
}

4. 数据处理函数：

// 处理ADC数据（如计算平均值、峰值）
void process_adc_data(uint16_t *buf, uint16_t start, uint16_t len) {
    uint32_t sum = 0;
    for (uint16_t i = start; i < start + len; i++) {
        sum += buf[i];
    }
    uint16_t avg = sum / len;  // 计算平均值
    printf("ADC平均值：%d\r\n", avg);
}

4.4 案例4：注入通道（紧急信号监测）

功能：规则通道采集正常温度数据，注入通道监测高温报警信号（超过阈值时优先处理）。

配置步骤

1. 在CubeMX中配置ADC1：

   • 规则通道：Channel0（温度传感器），连续转换；
   • 注入通道：Channel1（高温监测），配置为"AutoInjected"（自动注入），触发条件为规则通道转换完成。

2. 注入通道中断处理：

// 注入通道转换完成中断回调
void HAL_ADC_InjectedConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
    if (hadc == &hadc1) {
        uint16_t inject_val = HAL_ADC_GetInjectedValue(hadc, ADC_INJECTED_RANK_1);
        if (inject_val > 3000) {  // 假设阈值为3000（对应高温）
            printf("高温报警！注入通道值：%d\r\n", inject_val);
            // 执行报警操作（如点亮LED、触发蜂鸣器）
        }
    }
}

3. 主函数：

int main(void) {
    System_Init();
    // 启动规则通道和注入通道转换
    HAL_ADCEx_InjectedStart_IT(&hadc1);  // 使能注入通道中断
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    
    while (1) {
        // 读取规则通道数据（温度）
        if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) == HAL_OK) {
            uint16_t temp_val = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
            printf("温度值：%d\r\n", temp_val);
        }
        HAL_Delay(100);
    }
}

4.5 案例5：内部温度传感器采集

功能：通过STM32内部温度传感器（ADC1_IN16）采集芯片温度，并转换为摄氏度。

配置步骤（HAL库）

1. 在CubeMX中启用内部温度传感器：

   • 打开ADC1配置，勾选"IN16"（Temperature Sensor）；
   • 配置采样时间为239.5 Cycles（温度传感器需要较长采样时间）。

2. 温度转换函数：

// 读取内部温度传感器值（℃）
float ADC1_ReadTemperature(void) {
    uint16_t adc_val;
    float temp;
    // 启动ADC
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    // 等待转换完成
    if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) == HAL_OK) {
        adc_val = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
        // 温度计算公式（参考STM32F1数据手册）
        // V25=1.43V，Avg_Slope=4.3mV/℃，VREF+=3.3V
        temp = (1.43f - (adc_val * 3.3f / 4095.0f)) / 0.0043f + 25.0f;
    }
    HAL_ADC_Stop(&hadc1);
    return temp;
}

3. 主函数调用：

int main(void) {
    System_Init();
    float temp;
    
    while (1) {
        temp = ADC1_ReadTemperature();
        printf("芯片温度：%.1f ℃\r\n", temp);
        HAL_Delay(1000);
    }
}

五、ADC高级特性与精度优化

5.1 校准与偏移补偿

STM32 ADC的精度可通过校准进一步优化：

• 初始化校准：上电后执行一次复位校准（RSTCAL）和ADC校准（CAL），减少偏移误差；
• 周期性校准：环境温度变化较大时，建议定期校准（如每小时一次）；
• 手动偏移补偿：通过测量零点电压（输入0V时的ADC值），在数据处理时减去偏移量。

// 测量偏移值（输入0V时的ADC值）
uint16_t adc_offset = 0;
void ADC1_CalibrateOffset(void) {
    // 短接ADC输入到GND（实际应用中需硬件支持）
    adc_offset = ADC1_ReadChannel0();
}

// 带偏移补偿的ADC读取
uint16_t ADC1_ReadWithOffset(void) {
    uint16_t val = ADC1_ReadChannel0();
    return (val > adc_offset) ? (val - adc_offset) : 0;
}

5.2 滤波算法（减少噪声）

ADC采集数据受噪声影响时，可通过软件滤波优化：

• 滑动平均滤波：取最近N次采样的平均值（适合缓慢变化信号）；
• 中值滤波：取最近N次采样的中间值（适合剔除脉冲干扰）；
• 加权平均滤波：近期采样赋予较高权重（适合快速变化信号）。

滑动平均滤波示例：

#define AVG_N 10  // 平均次数
uint16_t adc_buf[AVG_N];
uint8_t adc_idx = 0;

// 滑动平均滤波
uint16_t ADC1_SmoothFilter(uint16_t new_val) {
    uint32_t sum = 0;
    adc_buf[adc_idx++] = new_val;
    if (adc_idx >= AVG_N) adc_idx = 0;
    // 计算平均值
    for (uint8_t i = 0; i < AVG_N; i++) {
        sum += adc_buf[i];
    }
    return sum / AVG_N;
}

5.3 提高转换速率的技巧

• 减少采样时间：在信号带宽允许的情况下，选择较短采样时间（如1.5周期）；
• 提高ADC时钟：在精度允许范围内，提高ADC时钟（如36MHz）；
• 使用DMA传输：避免CPU等待，实现连续高速采集；
• 多ADC同步模式：高端STM32型号（如F4、H7）支持多ADC同步转换，并行采集多个通道。

5.4 低功耗模式下的ADC应用

在电池供电设备中，需优化ADC的功耗：

• 关闭未使用的ADC通道：减少内部电路功耗；
• 单次转换模式 ：转换完成后立即关闭ADC（HAL_ADC_Stop()）；
• 低功耗模式唤醒：在STM32休眠时，通过外部触发（如定时器）唤醒ADC进行单次转换，完成后继续休眠。

// 低功耗模式下的ADC采集
void ADC1_LowPowerRead(void) {
    // 唤醒ADC
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    // 等待转换
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);
    uint16_t val = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    // 关闭ADC
    HAL_ADC_Stop(&hadc1);
    // 进入休眠模式
    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);
}

六、常见问题与调试技巧

6.1 采集数据跳变剧烈（噪声大）

• 原因 ：
  • 输入信号未滤波（高频噪声）；
  • 电源纹波过大（VREF+不稳定）；
  • 布线靠近干扰源（如电机、射频模块）；
• 解决 ：
  • 增加RC滤波电路（100Ω+100nF）；
  • 电源端并联10μF+100nF电容；
  • 软件添加滑动平均滤波；
  • 信号线远离干扰源，铺地平面。

6.2 转换精度低（与实际值偏差大）

• 原因 ：
  • 未进行ADC校准（偏移误差大）；
  • 分压电路电阻精度低（如使用5%误差电阻）；
  • 参考电压VREF+不准确（如3.3V实际为3.2V）；
• 解决 ：
  • 上电后执行校准，定期重新校准；
  • 使用1%精度的分压电阻；
  • 测量实际VREF+电压（如3.28V），修正转换公式：
    实际电压 = (ADC值 × VREF实际值) / 4095 × 分压系数。

6.3 DMA传输数据错误

• 原因 ：
  • DMA缓冲区大小与转换次数不匹配；
  • ADC与DMA时钟不同步；
  • 未启用DMA连续请求（Circular模式）；
• 解决 ：
  • 确保DMA缓冲区大小 ≥ 转换通道数 × 连续转换次数；
  • 检查ADC和DMA的时钟配置（ADC时钟≤36MHz）；
  • 在CubeMX中勾选"DMA Continuous Requests"。

6.4 注入通道不触发

• 原因 ：
  • 未正确配置注入通道序列；
  • 触发源选择错误；
  • 未使能注入通道中断；
• 解决 ：
  • 检查注入通道的Rank配置（1~4）；
  • 确认触发源与规则通道不冲突；
  • 调用HAL_ADCEx_InjectedStart_IT()使能中断。

6.5 调试工具与方法

• 示波器测量 ：
  • 测量ADC输入引脚的模拟信号，确认信号是否稳定；
  • 观察VREF+电压，检查是否有纹波；
• ADC自校验 ：
  • 将ADC输入短接至GND或VREF+，检查读数是否接近0或4095；
• 日志输出 ：
  • 通过UART输出原始ADC值与转换后的物理量，对比理论值；
• CubeMonitor工具 ：
  • 使用STM32CubeMonitor实时监控ADC数据，绘制波形（适合动态信号分析）。

七、总结与扩展

STM32 ADC作为核心模拟采集外设，其灵活性与性能满足了多样化的嵌入式应用需求。本文从基础原理到实战案例，系统讲解了ADC的工作模式、配置方法与优化技巧，核心要点包括：

• ADC的分辨率、转换速率与采样时间是关键参数，需根据场景平衡（如高精度场景选择长采样时间，高速场景选择短采样时间）；
• 硬件设计需重视滤波、分压与抗干扰，直接影响采集质量；
• 软件配置需根据需求选择模式（单通道/多通道、单次/连续、DMA/中断）；
• 精度优化需结合校准、滤波与硬件设计，多维度提升稳定性。

未来学习可扩展至：

• 多ADC同步采集（如F4系列的ADC1与ADC2同步模式）；
• 过采样技术（通过多次采样提高有效分辨率）；
• 基于ADC的触摸按键设计（利用RC充放电时间测量）；
• 与DMA+定时器结合的高频数据采集系统（如音频采集）。

掌握STM32 ADC的使用，不仅能解决传感器数据采集问题，更能理解模拟与数字世界的接口设计思想，为复杂嵌入式系统开发奠定基础。实践中需结合具体硬件与场景，不断调试优化，才能充分发挥ADC的性能。

附录：常用代码片段

1. ADC分辨率切换（适用于支持可调分辨率的型号）：

// 配置ADC为10位分辨率（部分型号支持）
void ADC1_SetResolution10bit(void) {
    ADC1->CR1 &= ~ADC_CR1_RES;
    ADC1->CR1 |= ADC_CR1_RES_0;  // 10位分辨率
}

2. 外部触发转换（定时器触发）：

// 配置ADC1由TIM3_TRGO触发
void ADC1_ConfigTimerTrigger(void) {
    // 使能TIM3时钟
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM3EN;
    // 配置TIM3为1kHz触发（周期1ms）
    TIM3->PSC = 7199;  // 72MHz/7200=10kHz
    TIM3->ARR = 9;     // 10kHz/10=1kHz
    TIM3->CR2 |= TIM_CR2_MMS_1;  // TRGO=更新事件
    TIM3->CR1 |= TIM_CR1_CEN;    // 启动定时器
    
    // 配置ADC外部触发
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_EXTTRIG;  // 使能外部触发
    ADC1->CR2 &= ~ADC_CR2_EXTSEL;  // 选择TIM3_TRGO（EXTSEL[2:0]=010）
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_EXTSEL_1;
}

3. 双通道交替采样（提高转换效率）：

// ADC1通道0和通道1交替采样（连续模式）
void ADC1_AlternateChannels(void) {
    // 配置扫描模式，2个通道
    ADC1->CR1 |= ADC_CR1_SCAN;
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_CONT;  // 连续模式
    ADC1->SQR1 |= ADC_SQR1_L_0;  // 序列长度=2
    
    // 序列1：通道0，序列2：通道1
    ADC1->SQR3 |= ADC_SQR3_SQ1_0;  // SQ1=0
    ADC1->SQR3 |= ADC_SQR3_SQ2_1;  // SQ2=1
}