STM32——ADC、多通道转换（十三）

GPIO一、简介

• ADC （ Analog-Digital Converter ）模拟 - 数字转换器
• ADC 可以将引脚上连续变化的模拟电压转换为内存中存储的数字变量，建立模拟电路到数字电路的桥梁
• 12 位逐次逼近型 ADC ， 1us 转换时间
• 输入电压范围： 0~3.3V ，转换结果范围： 0~4095
• 18 个输入通道，可测量 16 个外部和 2 个内部信号源
• 规则组和注入组两个转换单元
• 模拟看门狗自动监测输入电压范围
• STM32F103C8T6 ADC 资源： ADC1 、 ADC2 ， 10 个外部输入通道

二、ADC结构

基本结构

信号输入层（左侧绿色模块）

这是 ADC 的信号来源，分为三类：

• GPIO：16 路外部模拟输入引脚，用于采集外部传感器等信号。

• 温度传感器：芯片内部集成的温度检测模块，对应通道 16，用于测量芯片自身温度。

• VREFINT：内部参考电压源，对应通道 17，为 ADC 提供精准的电压基准，用于校准和提升采样精度。

这些信号先经过一个输入多路选择器（黄色模块），再分配给转换层的不同通道。

核心转换层（橙色模块）

这是 ADC 的核心工作区，分为两个并行的转换通道组：

• 规则组：最多 16 个通道，结果存在 1 个规则组数据寄存器中。

• 注入组：最多 4 个通道，是 "优先级更高" 的中断式通道，可打断规则组的采样，用于处理紧急信号（如过压保护），结果存在 4 个独立的注入组数据寄存器中。

控制与驱动层（下方绿色模块）

• 触发控制 ：负责选择软件 / 硬件触发方式，给 AD 转换器发送START启动信号。

• RCC ：时钟控制模块，为 AD 转换器提供CLOCK（即 ADCCLK），决定转换速度。

输出与处理层（右侧模块）

• AD 数据寄存器：存储转换后的数字值，规则组和注入组的结果分开存储，避免数据覆盖。

• 模拟看门狗：用于监控转换结果，当电压超出预设阈值时，会立刻触发中断，常用于过压 / 欠压保护场景。

• 中断输出控制 ：将转换完成（EOC）、模拟看门狗等事件的中断信号，发送给NVIC（嵌套向量中断控制器），实现中断驱动的采样流程。

注

• EOC（End Of Conversion）：转换完成标志，单次转换结束后由硬件置位，用于通知 CPU 读取结果或触发中断。
• START：启动转换信号，由触发控制模块发出，启动一次采样流程。
• CLOCK：ADCCLK 时钟，由 RCC 提供，是所有硬件动作的时序基准。

CLOCK

看上面的右下角ADC部分，ADC预分频可以2/4/6/8分频，但是ADCLOCK最大为14MHZ，所以只能6/8分频，建议6分频。

触发控制

左下角的触发模块可选择软件 / 硬件触发方式。

规则组触发

• 触发源选择 （EXTSEL[2:0] 控制位）可以选择来自定时器（TIM1/TIM2/TIM3/TIM4/TIM8）的 TRGO 事件、定时器捕获比较通道（CH1/CH2/CH3），或外部中断线（EXTI_11）作为触发信号。

• 触发使能 （EXTTRIG 控制位）用于使能硬件触发功能；若关闭此位，则默认使用软件触发（通过 ADC_SoftwareStartConvCmd 启动）。

• 触发重映射 （ADCx_ETRGREG_REMAP 控制位）部分型号可通过此位重新映射触发源，增加配置灵活性。

注入组触发（高优先级采样的启动逻辑）

• 触发源选择 （JEXTSEL[2:0] 控制位）可选触发源包括定时器（TIM1/TIM2/TIM3/TIM4/TIM8）的 TRGO 事件、定时器捕获比较通道（CH4），或外部中断线（EXTI_15）。

• 触发使能 （JEXTTRIG 控制位）用于使能注入组的硬件触发；关闭时，注入组只能通过软件触发启动。

• 触发重映射 （ADCx_ETRGINJ_REMAP 控制位）可重新映射注入组的触发源，适配更复杂的场景。

数据对齐方式

ADC 的12 位转换结果在 16 位数据寄存器中的两种对齐方式，剩余的4位补零。

校准

•ADC有一个内置自校准模式。校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的准精度误差。校准期间，在每个电容器上都会计算出一个误差修正码(数字值)，这个码用于消除在随后的转换中每个电容器上产生的误差

•建议在每次上电后执行一次校准

•启动校准前， ADC必须处于关电状态超过至少两个ADC时钟周期

三、ADC工作方式

转换

AD转换的步骤：采样，保持，量化，编码

STM32 ADC的总转换时间为：TCONV = 采样时间 + 12.5个ADC周期

例如：当ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5个ADC周期

TCONV = 1.5 + 12.5 = 14个ADC周期 = 1μs

采样：用电容将外部信号电平采集起来。

保持：把采样电容上的电压稳定保存下来，为后续的量化、编码提供一个固定不变的电压参考。

量化：与 ADC 的参考电压（Vref+，通常为 3.3V）做比较，把信号数字化。

编码：将量化得到的数字量级，转换成二进制编码（或其他数字编码），存储到 ADC 的数据寄存器中。

扫描模式

有多个通道工作，触发一次就扫描到最后一个通道。

连续转化

转化完成就进入下一个。

四、单转化实现多通道转换

接线图

时钟使能+分频

使能外设时钟：ADC1时钟、GPIOA时钟。

PCLK2 6分频。

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

配置GPIO

配置为模拟输入模式，该模式下 GPIO 引脚与数字电路完全隔离，仅作为 ADC 的模拟输入口，速度配置无实际作用，可任意配置。

    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initstructure;
	GPIO_Initstructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//此时GPIO口只受到ADC的控制
	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);

配置ADC

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

// 独立模式：ADC1单独工作，不与其他ADC同步

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

// 数据右对齐

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

// 无外部触发，使用软件触发

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;

// 关闭连续转换模式，单次转换

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;

// 关闭扫描模式，每次仅采集1个通道

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;

// 规则组通道数为1，与非扫描模式匹配 ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);

    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);

校准+使能

使能ADC1 ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);

这些校准标志位会自动复位。

ADC_ResetCalibration(ADC1);

// 复位校准：清除旧的校准数据

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

// 等待复位校准完成

ADC_StartCalibration(ADC1);

// 开始ADC自校准：生成新的校准参数

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

// 等待校准完成

    ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
	
	ADC_ResetCalibration(ADC1);
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

触发转换+读取转换值

实现 "一次编写，多通道复用"，也是实现 "单次转换模式多通道采集" 的关键。

uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == RESET);
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

// 动态配置规则组通道：ADC1、指定通道、序列1、采样时间55.5个ADCCLK周期 ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);

// 软件触发ADC1开始单次转换

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);

// 轮询等待转换完成标志（EOC）置位，未完成则持续等待 while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == RESET);

// 返回ADC转换结果：读取数据寄存器的值

return ADC_GetConversionValue(ADC1);

调用：

调用函数AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)，选择相对应的通道。

uint16_t AD0, AD1, AD2,AD3;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	AD_Init();
	
	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);
		AD1 = AD_GetValue(ADC_Channel_1);
		AD2 = AD_GetValue(ADC_Channel_2);
		AD3 = AD_GetValue(ADC_Channel_3);
		
		OLED_ShowNum(1,5,AD0,4);
		OLED_ShowNum(2,5,AD1,4);
		OLED_ShowNum(3,5,AD2,4);
		OLED_ShowNum(4,5,AD3,4);
		
		Delay_ms(100);
	}	
}