使用STM32 HAL库配置ADC单次转换模式详解

前言

在嵌入式开发中，ADC（模数转换器）是连接模拟世界与数字世界的重要桥梁。STM32微控制器内置了高性能的ADC模块，而HAL库则为我们提供了简洁高效的配置方式。今天，我将详细介绍如何使用STM32 HAL库配置ADC的单次转换模式。

什么是单次转换模式？

单次转换模式下，ADC只执行一次转换，完成后自动停止并等待下次触发。这种模式适用于不要求连续采样、需要节能或由特定事件触发的应用场景。

硬件准备

STM32开发板（本文以STM32F4系列为例）
模拟信号源（如电位器、传感器等）
STM32CubeIDE或Keil MDK开发环境

配置步骤详解

1. 引脚与ADC外设初始化

首先，我们需要初始化ADC使用的GPIO引脚和ADC外设本身：

cs 复制代码

// ADC句柄声明
ADC_HandleTypeDef hadc1;

void ADC_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    // 1. 使能时钟
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();
    
    // 2. 配置GPIO引脚为模拟输入模式
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;  // 假设使用PA0（ADC1_IN0）
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
    // 3. 配置ADC参数
    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;           // 单通道，禁用扫描模式
    hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV; // 每次转换后产生EOC
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;     // 禁用连续转换
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;              // 1个转换序列
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.NbrOfDiscConversion = 0;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; // 软件触发
    hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    
    HAL_ADC_Init(&hadc1);
}

2. 配置ADC通道

接下来配置具体的ADC通道参数：

cs 复制代码

void ADC_ChannelConfig(void)
{
    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
    
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;      // 通道0（对应PA0）
    sConfig.Rank = 1;                     // 转换序列中的第一个
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_84CYCLES; // 采样时间
    
    if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

3. 启动转换与读取结果

编写ADC转换函数：

cs 复制代码

uint16_t ADC_ReadSingleConversion(void)
{
    uint16_t adc_value = 0;
    
    // 启动ADC转换
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    
    // 等待转换完成，超时时间10ms
    if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10) == HAL_OK)
    {
        // 读取ADC值
        adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    }
    
    // 停止ADC（单次转换模式会自动停止，这里确保状态正确）
    HAL_ADC_Stop(&hadc1);
    
    return adc_value;
}

4. 电压计算函数

将ADC原始值转换为实际电压：

cs 复制代码

float ADC_ConvertToVoltage(uint16_t adc_value, float vref)
{
    // 12位ADC，最大值为4095（2^12 - 1）
    return (adc_value * vref) / 4095.0f;
}

完整示例代码

cs 复制代码

#include "main.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);

int main(void)
{
    uint16_t raw_adc;
    float voltage;
    const float VREF = 3.3f;  // 参考电压
    
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_ADC1_Init();
    
    while (1)
    {
        // 读取ADC值
        raw_adc = ADC_ReadSingleConversion();
        
        // 转换为电压
        voltage = ADC_ConvertToVoltage(raw_adc, VREF);
        
        // 输出结果（可通过串口或调试器查看）
        printf("ADC Raw: %d, Voltage: %.2f V\r\n", raw_adc, voltage);
        
        // 延迟1秒
        HAL_Delay(1000);
    }
}

static void MX_ADC1_Init(void)
{
    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
    
    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.NbrOfDiscConversion = 0;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    
    HAL_ADC_Init(&hadc1);
    
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    sConfig.Rank = 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_84CYCLES;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}

关键参数解析

采样时间选择

采样时间决定了ADC对输入信号采样的时长，需要根据信号源阻抗来设置：

高阻抗信号源 → 需要更长的采样时间
低阻抗信号源 → 可以使用较短的采样时间

触发方式

除了软件触发，还可以配置为硬件触发：

cs 复制代码

// 例如，使用定时器2的TRGO事件触发
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_EXTERNALTRIGCONV_T2_TRGO;
hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_RISING;

调试技巧

使用断点调试 ：在HAL_ADC_GetValue()后设置断点，查看ADC原始值
验证参考电压：使用万用表测量VREF的实际值
检查时钟配置：确保ADC时钟不超过规格书规定的最大值
使用内部参考：部分STM32有内部参考电压，可用于校准

常见问题与解决方案

Q1: ADC读数跳动较大

✅ 检查电源稳定性
✅ 增加软件滤波（如移动平均）
✅ 调整采样时间
✅ 添加硬件滤波电路

Q2: 转换速度慢

✅ 减少采样时间
✅ 提高ADC时钟频率
✅ 考虑使用连续转换+DMA模式

Q3: 精度不足

✅ 确保VREF稳定
✅ 避免高噪声环境
✅ 使用过采样技术提高分辨率

性能优化建议

使用DMA：即使单次转换，配合DMA也能减少CPU开销
校准ADC ：部分STM32支持内部校准，调用HAL_ADCEx_Calibration_Start()
温度补偿：注意ADC性能随温度变化，高温下可能需重新校准

总结

配置STM32的ADC单次转换模式并不复杂，关键是要理解各个参数的含义，并根据实际应用需求进行优化。单次转换模式在需要节能或事件触发的场景中非常有用。掌握这种基础配置后，你可以进一步探索扫描模式、注入通道、差分输入等高级功能。

希望这篇博客能帮助你更好地理解和使用STM32的ADC功能。如果有任何问题或建议，欢迎在评论区留言讨论！