模数转换器 ADC

转换时间计算示例

条件：ADCCLK = 12 MHz，采样时间 = 55.5 周期

计算：

• 总周期数 = 55.5 + 12.5 = 68 个周期
• 总转换时间 = 68 / 12MHz = 5.67 μs
• 最大采样率 = 1 / 5.67μs ≈ 176 kSPS（每秒采样 17.6 万次）

完整配置代码（标准库）

// ============ 1. 使能时钟 ============
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);   // ADC1 时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  // GPIOA 时钟
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);  // ADCCLK = 72MHz/6 = 12MHz

// ============ 2. 配置 GPIO ============
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;        // PA0
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;    // 模拟输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// ============ 3. 配置 ADC 参数 ============
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;           // 独立模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;                // 关闭扫描
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;       // 右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;                      // 1 个通道
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

// ============ 4. 配置通道 ============
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

// ============ 5. 使能 ADC ============
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

// ============ 6. ADC 校准 ============
ADC_ResetCalibration(ADC1);                     // 复位校准
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));     // 等待复位完成
ADC_StartCalibration(ADC1);                     // 启动校准
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));          // 等待校准完成

// ============ 7. 启动转换 ============
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);         // 软件触发

// ============ 8. 读取结果 ============
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));  // 等待转换完成
uint16_t adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1); // 读取结果
float voltage = adc_value * 3.3 / 4095;         // 计算电压

校准步骤（标准库）

// 步骤 1：复位校准寄存器
ADC_ResetCalibration(ADC1);
// 步骤 2：等待复位完成
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
// 步骤 3：启动校准
ADC_StartCalibration(ADC1);
// 步骤 4：等待校准完成
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

注意：校准必须在 ADC 使能（ADC_Cmd）之后执行，每次上电只需校准一次。

ADC + DMA 配置要点（标准库）

// 1. 使能 DMA 时钟
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);

// 2. 配置 DMA
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR;  // ADC 数据寄存器地址
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&adc_buffer;    // 内存缓冲区地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;               // 外设→内存
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 3;                             // 传输 3 个数据
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; // 外设地址不自增
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;          // 内存地址自增
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;                   // 循环模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);

// 3. 使能 DMA 通道
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);

// 4. ADC 使能 DMA
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

// 5. 配置 ADC 为扫描模式 + 连续转换
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

关键函数原型

// 配置规则通道
void ADC_RegularChannelConfig(
    ADC_TypeDef* ADCx,          // ADC1、ADC2 或 ADC3
    uint8_t ADC_Channel,        // 通道号：ADC_Channel_0 ~ ADC_Channel_17
    uint8_t Rank,               // 转换顺序：1~16
    uint8_t ADC_SampleTime      // 采样时间：ADC_SampleTime_xxCycles5
);

// 获取转换结果
uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);

// 标志位操作
FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);
void ADC_ClearFlag(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_FLAG);

// 常用标志位
// ADC_FLAG_EOC   - 转换完成标志
// ADC_FLAG_STRT  - 转换开始标志
// ADC_FLAG_JEOC  - 注入通道转换完成标志

HAL 库关键函数原型

// 启动 ADC 转换
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc);

// 等待转换完成
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(
    ADC_HandleTypeDef* hadc,
    uint32_t Timeout          // 超时时间（ms）
);

// 获取转换结果
uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc);

// 启动 ADC + DMA
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA(
    ADC_HandleTypeDef* hadc,
    uint32_t* pData,          // 数据缓冲区指针
    uint32_t Length           // 数据长度
);

HAL 库单通道采集完整示例

// CubeMX 生成的初始化代码（已自动添加）
// hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
// hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
// hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
// hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
// hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;

// 用户代码：启动转换并读取结果
HAL_ADC_Start(&hadc1);                              // 启动 ADC
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);             // 等待转换完成，超时 100ms
uint32_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);      // 读取结果
float voltage = adc_value * 3.3 / 4095;             // 计算电压

例题 1：单通道 ADC 采集电压（标准库）

题目：用 ADC1 通道 0（PA0）采集电位器电压，转换为实际电压值并打印。

思路：① 开时钟 → ② 配 GPIO → ③ 配 ADC → ④ 校准 → ⑤ 采集 → ⑥ 计算电压。

#include "stm32f10x.h"

void ADC1_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    
    // 1. 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);  // ADCCLK = 12MHz
    
    // 2. 配置 PA0 为模拟输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 3. 配置 ADC
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
    
    // 4. 配置通道
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    
    // 5. 使能并校准
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}

uint16_t ADC1_Read(void)
{
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
    while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

int main(void)
{
    uint16_t adc_val;
    float voltage;
    
    ADC1_Init();
    USART1_Init(115200);  // 假设已实现串口初始化
    
    while(1)
    {
        adc_val = ADC1_Read();
        voltage = adc_val * 3.3 / 4095;
        printf("ADC值: %d, 电压: %.2fV\r\n", adc_val, voltage);
        delay_ms(500);
    }
}

关键点：① GPIO 必须配置为模拟输入（AIN）；② 校准必须在使能之后；③ 转换完成才能读取结果。

例题 2：多通道扫描采集（标准库）

题目：用 ADC1 扫描采集 PA0（通道0）、PA1（通道1）、PA2（通道2）三个通道的电压。

思路：开启扫描模式，配置 3 个通道，每次转换后读取结果。

uint16_t adc_buffer[3];  // 存储 3 个通道的结果

void ADC1_MultiChannel_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    
    // 1. 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
    
    // 2. 配置 PA0、PA1、PA2 为模拟输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 3. 配置 ADC（扫描模式，3 个通道）
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;           // 开启扫描
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;    // 单次扫描
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3;                // 3 个通道
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
    
    // 4. 配置 3 个通道（注意序号 1、2、3）
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    
    // 5. 使能并校准
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}

void ADC1_MultiChannel_Read(void)
{
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
    
    // 依次读取 3 个通道的结果
    for(int i = 0; i < 3; i++)
    {
        while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
        adc_buffer[i] = ADC_GetConversionValue(ADC1);
        ADC_ClearFlag(ADC1, ADC_FLAG_EOC);  // 清除标志，准备读下一个
    }
}

关键点：① 扫描模式需要设置通道数；② 每个通道的序号（Rank）要按顺序设置；③ 每次读取后要清除 EOC 标志。

例题 3：ADC + DMA 连续采集（标准库）

题目：用 ADC1 + DMA 连续采集 PA0、PA1 两个通道，数据自动存入数组。

思路：配置 DMA，开启 ADC 扫描+连续模式，DMA 自动搬运数据。

#define ADC_CHANNELS 2
uint16_t adc_buffer[ADC_CHANNELS];  // DMA 目标缓冲区

void ADC1_DMA_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
    
    // 1. 使能时钟
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
    
    // 2. 配置 GPIO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 3. 配置 DMA（DMA1 通道 1 对应 ADC1）
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)adc_buffer;
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_CHANNELS;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;        // 循环模式
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
    DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);
    DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
    
    // 4. 配置 ADC
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;     // 连续转换
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = ADC_CHANNELS;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
    
    // 5. 配置通道
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    
    // 6. 使能 DMA、使能 ADC、校准
    ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
    
    // 7. 启动连续转换
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}

int main(void)
{
    ADC1_DMA_Init();
    
    while(1)
    {
        // 数据自动更新在 adc_buffer 中，无需 CPU 干预
        float voltage0 = adc_buffer[0] * 3.3 / 4095;
        float voltage1 = adc_buffer[1] * 3.3 / 4095;
        printf("CH0: %.2fV, CH1: %.2fV\r\n", voltage0, voltage1);
        delay_ms(1000);
    }
}

关键点：① DMA 使用循环模式持续搬运；② ADC 开启扫描+连续模式；③ 数据自动更新，CPU 无需等待。

例题 4：HAL 库单通道采集

题目：使用 HAL 库实现与例题 1 相同的功能。

// CubeMX 配置：
// ADC1: Channel 0, Scan Disable, Continuous Disable, Software Trigger
// GPIO: PA0 -> ADC1_IN0

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_ADC1_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
    
    uint32_t adc_value;
    float voltage;
    char buf[50];
    
    while(1)
    {
        HAL_ADC_Start(&hadc1);                           // 启动 ADC
        HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);          // 等待转换完成
        adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);            // 读取结果
        voltage = adc_value * 3.3 / 4095;
        
        sprintf(buf, "ADC: %lu, Voltage: %.2fV\r\n", adc_value, voltage);
        HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)buf, strlen(buf), 100);
        
        HAL_Delay(500);
    }
}