STM32零基础教程（六）：ADC、I2C、SPI与DMA

STM32 零基础系列第 6 篇：完成模拟采集、传感器通信和高效率数据搬运。

第 9 章：ADC 模数转换

章节介绍

ADC 把连续电压转换成数字量。它像一把刻度尺：把 0~3.3V 分成 4096 个格子，读取电压落在哪一格。

专业名词

• ADC：Analog-to-Digital Converter，模数转换器。
• 分辨率：例如 12 位表示 0~4095。
• 采样时间：ADC 观察输入电压的时间。
• 参考电压 Vref：数字满量程对应的电压。
• 触发源：软件、定时器或外部事件。
• 校准：减少偏移和增益误差。

HAL 读取示例

uint32_t adc_value;
float voltage;

HAL_ADC_Start(&hadc1);
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10);
adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
HAL_ADC_Stop(&hadc1);

voltage = 3.3f * adc_value / 4095.0f;

不要把 ADC 数值直接当成物理量。光照、温度、电流等都需要结合传感器电路和标定公式转换。

本章掌握标准

• 能根据分辨率和参考电压换算输入电压。
• 能配置单次转换、连续转换和多通道扫描。
• 能解释采样时间、噪声、平均滤波和校准。

未来使用场景

电池电压、温度、光照、电流、电位器、麦克风和模拟传感器。

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第 10 章：I2C 与 SPI

I2C

I2C 像一条公交线路：SCL 是统一时钟，SDA 是共享数据线，每个设备有地址。它只需要两根线，适合多个低速传感器。

专业名词：

• 主机/从机：谁产生时钟，谁就是主机。
• 设备地址：总线上区分不同设备的编号。
• ACK：应答信号。
• 重复起始：不释放总线，直接切换读写方向。
• 上拉电阻：I2C 开漏总线恢复高电平所必需。

uint8_t data;

HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,
                 0x48 << 1,
                 0x00,
                 I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,
                 &data,
                 1,
                 100);

STM32 HAL 的设备地址通常需要左移一位，因为最低位用于读写方向。

SPI

SPI 像一条专用高速传送带：

SCK   时钟
MOSI  主机发送
MISO  主机接收
NSS/CS 片选

SPI 没有统一的设备地址，每个设备通常单独占用一个 CS 引脚，速度比 I2C 高。

uint8_t tx = 0x9F;
uint8_t rx[3];

HAL_GPIO_WritePin(FLASH_CS_GPIO_Port, FLASH_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, &tx, rx, 1, 100);
HAL_SPI_Receive(&hspi1, rx, 3, 100);
HAL_GPIO_WritePin(FLASH_CS_GPIO_Port, FLASH_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);

本章掌握标准

• 能区分 I2C 的地址和 SPI 的片选。
• 能使用逻辑分析仪观察 SCL/SDA 或 SCK/MOSI/MISO。
• 能处理 ACK、超时、总线忙和设备无响应。

未来使用场景

OLED、EEPROM、RTC、IMU、温度传感器、Flash、屏幕和无线芯片。

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第 11 章：DMA

章节介绍

DMA 是 Direct Memory Access，直接存储器访问。它像仓库搬运机器人：CPU 只下达"把这批数据从 UART 搬到 RAM"的命令，搬运期间 CPU 可以做其他工作。

适合 DMA 的数据

• UART 连续接收。
• ADC 多通道采样。
• SPI 屏幕刷新。
• 定时器波形输出。

UART DMA 示例

uint8_t rx_buffer[128];

HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, rx_buffer, sizeof(rx_buffer));

DMA 完成或半传输时可以产生回调。实际协议应结合空闲线检测、环形缓冲区和帧解析。

本章掌握标准

• 能解释 DMA 源地址、目标地址、数据宽度和传输长度。
• 能区分普通模式、循环模式和双缓冲。
• 能处理 DMA 缓冲区与 CPU 同时访问造成的数据一致性问题。

未来使用场景

高采样率数据采集、音频、摄像头、网络数据、串口高吞吐和屏幕刷新。

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