STM32实战：基于STM32F103的工业仪表数据采集（多路ADC）

LCG元2026-05-12 16:05

文章目录

一、项目概述

本项目基于STM32F103C8T6 核心板，实现工业仪表中最常用的多路ADC模拟数据采集功能，可采集0~3.3V范围内的模拟电压信号（如温度传感器、压力传感器、电压检测信号等），通过串口将采集到的原始ADC值和转换后的实际电压值实时上传到电脑，零基础也能一步步复刻实现，最终可直接应用于工业仪表、数据采集终端等实际场景。

核心功能

  1. 配置STM32F103 ADC1为多通道扫描模式，采集PA0、PA1、PA2三路模拟信号
  2. ADC采用软件触发、单次转换模式，保证采集精度
  3. 将ADC原始12位数据转换为实际电压值（保留2位小数）
  4. 通过USART1串口（波特率9600）向上位机实时发送采集数据
  5. 工业级稳定采集，无数据丢失、无通道干扰

硬件准备

  1. STM32F103C8T6核心板（最小系统板）
  2. USB转TTL模块（CH340/CP2102）
  3. 杜邦线若干
  4. 可调电位器（3.3V）3个（模拟传感器模拟信号）
  5. 电脑（安装串口调试助手）

硬件接线

STM32引脚 外设/模块 功能说明
PA0 电位器输出端 ADC通道0采集
PA1 电位器输出端 ADC通道1采集
PA2 电位器输出端 ADC通道2采集
PA9 (TX) USB转TTL RX 串口发送
PA10 (RX) USB转TTL TX 串口接收
3.3V 电位器VCC 供电
GND 电位器GND、USB转TTL GND 共地（核心）

二、开发环境搭建

本项目使用STM32标准库开发（最适合零基础入门，资料最全），环境准备步骤：

  1. 安装MDK-ARM（Keil5），并添加STM32F1芯片支持包
  2. 下载STM32F10x标准库固件库（V3.5.0版本）
  3. 新建标准库工程模板（包含启动文件、核心库文件）

零基础小白直接使用现成的STM32F103标准库工程模板即可，无需手动配置复杂的工程选项。

三、项目工程文件结构

我们创建5个核心文件，分工明确，零基础也能清晰理解：

  1. main.c：主函数，程序入口，循环采集+数据发送
  2. adc.c：ADC多路采集驱动代码
  3. adc.h：ADC驱动头文件
  4. usart.c：串口驱动代码
  5. usart.h：串口驱动头文件

四、Mermaid程序流程图

系统上电
初始化系统时钟72MHz
初始化USART1串口 9600波特率
初始化ADC1 多通道扫描模式
循环采集三路ADC数据
读取ADC原始值 CH0/CH1/CH2
转换为实际电压值
串口发送数据到上位机
延时100ms 刷新采集

五、逐文件编写代码

1. 创建文件：adc.h

作用：声明ADC初始化函数、ADC读取函数，定义ADC通道引脚

c 复制代码 
#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H	
#include "stm32f10x.h"

// 定义ADC采集通道对应的GPIO口
#define ADC1_CH0_GPIO_PORT    GPIOA
#define ADC1_CH0_GPIO_PIN     GPIO_Pin_0
#define ADC1_CH0_GPIO_CLK     RCC_APB2Periph_GPIOA

#define ADC1_CH1_GPIO_PORT    GPIOA
#define ADC1_CH1_GPIO_PIN     GPIO_Pin_1
#define ADC1_CH1_GPIO_CLK     RCC_APB2Periph_GPIOA

#define ADC1_CH2_GPIO_PORT    GPIOA
#define ADC1_CH2_GPIO_PIN     GPIO_Pin_2
#define ADC1_CH2_GPIO_CLK     RCC_APB2Periph_GPIOA

// 函数声明
void ADCx_Init(void);                  // ADC初始化
u16 Get_ADC_Val(u8 ch);                // 读取单通道ADC值
u16 Get_ADC_Average(u8 ch,u8 times);   // 读取ADC平均值（滤波）

#endif

2. 创建文件：adc.c

作用：实现ADC GPIO初始化、ADC模式配置、数据读取核心代码

c 复制代码 
#include "adc.h"
#include "delay.h"

// ADC初始化函数 配置PA0 PA1 PA2为模拟输入
void ADCx_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	ADC_InitTypeDef  ADC_InitStructure;

	// 1. 开启时钟：GPIOA + ADC1
	RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC1_CH0_GPIO_CLK | RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
	
	// 2. 配置ADC预分频器：ADC时钟最大14MHz，72M/6=12MHz
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); 
	
	// 3. 配置GPIO为模拟输入模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC1_CH0_GPIO_PIN | ADC1_CH1_GPIO_PIN | ADC1_CH2_GPIO_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; // 模拟输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	// 4. ADC基础配置
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; // 独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;     // 单通道扫描（读取时切换通道）
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;// 单次转换
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; // 软件触发
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; // 数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; // 转换通道数
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
	
	// 5. 使能ADC1
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
	
	// 6. ADC校准（必须执行）
	ADC_ResetCalibration(ADC1); // 复位校准
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); // 等待复位完成
	ADC_StartCalibration(ADC1); // 开始校准
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); // 等待校准完成
}

// 读取指定通道的ADC值
// ch：通道编号 0~17
u16 Get_ADC_Val(u8 ch)
{
	// 设置指定通道的转换顺序 排名1 采样时间239.5周期
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
	
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 软件启动转换
	
	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)); // 等待转换完成
	
	return ADC_GetConversionValue(ADC1); // 返回转换结果
}

// 多次采集取平均值 抗干扰
u16 Get_ADC_Average(u8 ch,u8 times)
{
	u32 temp_val=0;
	u8 t;
	for(t=0;t<times;t++)
	{
		temp_val+=Get_ADC_Val(ch);
		delay_ms(5);
	}
	return temp_val/times;
}

3. 创建文件：usart.h

作用：声明串口初始化函数、串口发送函数

c 复制代码 
#ifndef __USART_H
#define __USART_H
#include "stm32f10x.h"

// 函数声明
void USART1_Init(void);                // 串口1初始化
void USART1_Send_Byte(u8 dat);         // 发送单个字节
void USART1_Send_String(char *str);    // 发送字符串
void USART1_Send_Num(u32 num);         // 发送数字

#endif

4. 创建文件：usart.c

作用：实现串口初始化、数据发送功能，用于和电脑通信

c 复制代码 
#include "usart.h"
#include "delay.h"

// 串口1初始化 波特率9600
void USART1_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	
	// 1. 开启时钟：GPIOA + USART1
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
	
	// 2. 配置TX引脚 PA9 推挽复用输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	// 3. 配置RX引脚 PA10 浮空输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	// 4. 串口基础配置
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 波特率9600
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 8位数据位
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 1位停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 无校验
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 无流控
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 收发模式
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	// 5. 使能串口1
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

// 串口发送单个字节
void USART1_Send_Byte(u8 dat)
{
	USART_SendData(USART1, dat);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

// 串口发送字符串
void USART1_Send_String(char *str)
{
	while(*str)
	{
		USART1_Send_Byte(*str);
		str++;
	}
}

// 串口发送数字（辅助调试）
void USART1_Send_Num(u32 num)
{
	if(num/10000) USART1_Send_Byte(num/10000+'0');
	if(num/1000) USART1_Send_Byte(num/1000%10+'0');
	if(num/100) USART1_Send_Byte(num/100%10+'0');
	if(num/10) USART1_Send_Byte(num/10%10+'0');
	USART1_Send_Byte(num%10+'0');
}

5. 创建文件：main.c

作用：程序主入口，循环调用ADC采集，转换电压并通过串口发送

c 复制代码 
#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "adc.h"
#include "usart.h"

// 主函数
int main(void)
{
	u16 adc_val0,adc_val1,adc_val2;  // 原始ADC值
	float vol_val0,vol_val1,vol_val2;// 实际电压值
	
	// 初始化模块
	delay_init();        // 延时初始化
	USART1_Init();       // 串口初始化
	ADCx_Init();         // ADC初始化
	
	// 开机提示
	USART1_Send_String("STM32F103 工业仪表多路ADC采集\r\n");
	USART1_Send_String("采集通道：PA0 PA1 PA2\r\n");
	USART1_Send_String("------------------------------------\r\n");
	
	while(1)
	{
		// 采集三路ADC 10次平均滤波
		adc_val0 = Get_ADC_Average(ADC_Channel_0,10);
		adc_val1 = Get_ADC_Average(ADC_Channel_1,10);
		adc_val2 = Get_ADC_Average(ADC_Channel_2,10);
		
		// 转换为实际电压 公式：电压 = (ADC值 / 4095) * 3.3
		vol_val0 = (adc_val0 * 3.3f) / 4095;
		vol_val1 = (adc_val1 * 3.3f) / 4095;
		vol_val2 = (adc_val2 * 3.3f) / 4095;
		
		// 串口发送原始ADC值
		USART1_Send_String("CH0_ADC:");
		USART1_Send_Num(adc_val0);
		USART1_Send_String("  ");
		
		USART1_Send_String("CH1_ADC:");
		USART1_Send_Num(adc_val1);
		USART1_Send_String("  ");
		
		USART1_Send_String("CH2_ADC:");
		USART1_Send_Num(adc_val2);
		USART1_Send_String("\r\n");
		
		// 串口发送实际电压值 保留2位小数
		USART1_Send_String("CH0_Vol:");
		USART1_Send_Num((u16)vol_val0);
		USART1_Send_Byte('.');
		USART1_Send_Num((u16)((vol_val0-(u16)vol_val0)*100));
		USART1_Send_String("V  ");
		
		USART1_Send_String("CH1_Vol:");
		USART1_Send_Num((u16)vol_val1);
		USART1_Send_Byte('.');
		USART1_Send_Num((u16)((vol_val1-(u16)vol_val1)*100));
		USART1_Send_String("V  ");
		
		USART1_Send_String("CH2_Vol:");
		USART1_Send_Num((u16)vol_val2);
		USART1_Send_Byte('.');
		USART1_Send_Num((u16)((vol_val2-(u16)vol_val2)*100));
		USART1_Send_String("V\r\n");
		
		USART1_Send_String("------------------------------------\r\n");
		
		delay_ms(100); // 100ms采集一次
	}
}

六、工程配置与编译下载

1. 工程核心配置

  1. 打开Keil5工程，点击魔法棒图标
  2. Target选项卡：外部晶振填写8.0（STM32F103默认晶振）
  3. Output选项卡：勾选Create HEX File（生成下载文件）
  4. Debug选项卡：选择你的下载器（ST-Link/J-Link）

2. 编译工程

  1. 点击Keil左上角编译按钮
  2. 等待编译完成，提示0 Error(s), 0 Warning(s)即为成功
  3. 自动生成.hex文件，用于下载到STM32

3. 程序下载

  1. 用下载器连接STM32核心板（SWD模式：SWDIO、SWCLK、3.3V、GND）
  2. 打开下载软件（ST-Link Utility），加载HEX文件
  3. 点击下载，等待提示Download Complete

七、实物调试与结果验证

1. 调试步骤

  1. 按照硬件接线表完成所有接线（GND必须共地，否则采集数据异常）
  2. 打开电脑串口调试助手，配置参数：波特率9600、8N1、无校验
  3. 给STM32和USB转TTL模块上电
  4. 旋转电位器，观察串口调试助手的数据变化

2. 预期结果

  1. 串口开机打印提示信息
  2. 实时显示三路ADC原始值（04095）和实际电压值（0.003.30V）
  3. 旋转电位器，电压值平滑变化，无跳变、无乱码

3. 常见问题解决

  1. 串口乱码：检查波特率是否为9600，晶振配置是否为8MHz
  2. ADC采集数据固定不变：检查GPIO接线、ADC通道配置是否正确
  3. 电压值不准：执行ADC校准代码，保证共地，使用10次平均滤波

八、项目扩展与工业应用

本项目是工业仪表数据采集的基础核心，可直接扩展以下功能：

  1. 增加更多ADC通道（STM32F103最多18个ADC通道）
  2. 接入真实传感器（DS18B20温度传感器、气压传感器、霍尔传感器）
  3. 添加OLED/LCD屏幕，本地实时显示采集数据
  4. 结合ESP8266模块，将数据上传到物联网平台（云平台）
  5. 添加报警功能：电压超出阈值时蜂鸣器报警
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