ADC

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ADC

1. ADC基础概念

1.1 ADC工作原理

模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，STM32的ADC通常是逐次逼近型。

1.2 主要参数

  • 分辨率: 12位（0-4095）

  • 采样时间: 可配置，影响转换精度

  • 参考电压: VREF+ 和 VREF-

  • 转换模式: 单次、连续、扫描、间断

2.配置说明

1.1 步骤

  1. 选择通道值
  2. 选择ADC1或ADC2
  3. 进入对应ADC配置界面进行配置

1.2 参数说明

工作模式

独立模式 vs 多ADC模式

独立模式 (Independent mode)
  • 描述: 单个ADC独立工作，不与其他ADC交互
  • 应用场景: 简单的单通道或多通道采样需求
  • 配置方法:
hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;  // 单通道
// 或
hadc1.Init.ScanConvMode = ENABLE;   // 多通道扫描
双ADC组合模式 (Dual ADC modes)
1. 组合规则同步模式 (Combined Regular Simultaneous Mode)
  • 工作原理: 两个ADC同时采样不同的通道，转换同步进行
  • 优势: 提高采样吞吐量，同时获取多个信号
  • 典型应用: 需要同步采样的多路信号
// ADC1和ADC2同时采样不同通道
// 转换结果分别存储
2. 交替模式 (Interleaved Mode)
  • 工作原理: 两个ADC交替对同一通道进行采样
  • 优势: 有效提高采样率（几乎翻倍）
  • 时序: ADC1采样 → ADC1转换 → ADC2采样 → ADC2转换
// 适用于高频信号采集
// 采样率 = 2 × 单个ADC采样率
3. 交替触发模式 (Alternate Trigger Mode)
  • 工作原理: 使用外部触发信号交替触发两个ADC
  • 优势: 精确控制采样时序
  • 应用: 需要严格时序控制的应用
4. 组合注入同步模式 (Combined Injected Simultaneous Mode)
  • 工作原理: 两个ADC同步执行注入组转换
  • 优势: 高优先级信号的同步采集
  • 应用: 紧急事件处理、关键参数监测
5. 看门狗模式 (Watchdog Mode)
  • 工作原理: 监控特定ADC通道，当数值超出设定范围时触发中断
  • 配置示例:
ADC_AnalogWDGConfTypeDef AnalogWDGConfig;
AnalogWDGConfig.WatchdogNumber = ADC_ANALOGWATCHDOG_1;
AnalogWDGConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
AnalogWDGConfig.ITMode = ENABLE;
AnalogWDGConfig.HighThreshold = 3000;
AnalogWDGConfig.LowThreshold = 1000;
HAL_ADC_AnalogWDGConfig(&hadc1, &AnalogWDGConfig);

扫描模式 (Scan Mode)

单次扫描
  • 行为: 配置的所有通道按顺序转换一次后停止
  • 配置:
hadc1.Init.ScanConvMode = ENABLE;
hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
连续扫描
  • 行为: 配置的所有通道循环连续转换
  • 配置:
hadc1.Init.ScanConvMode = ENABLE;
hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;

转换模式

单次转换模式 (Single Conversion)
  • 工作流程: 启动 → 转换指定通道 → 停止
  • 适用场景: 低速、低功耗应用
hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
HAL_ADC_Start(&hadc1);  // 每次都需要重新启动
连续转换模式 (Continuous Conversion)
  • 工作流程: 启动后自动连续转换，无需重复触发
  • 适用场景: 高速数据采集
hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
HAL_ADC_Start(&hadc1);  // 启动后持续运行

触发模式

软件触发
  • 控制方式: 通过代码控制转换开始
  • 灵活性: 高，可精确控制采样时刻
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
HAL_ADC_Start(&hadc1);  // 软件启动
硬件触发
  • 触发源: 定时器、外部引脚等
  • 优势: 精确的定时采样，不依赖CPU
// 使用TIM1触发ADC转换
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_EXTERNALTRIGCONV_T1_TRGO;

数据管理模式

轮询模式 (Polling)
HAL_ADC_Start(&hadc1);
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, timeout);
value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
中断模式 (Interrupt)
HAL_ADC_Start_IT(&hadc1);
// 在回调函数中处理数据
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
DMA模式 (Direct Memory Access)
  • 优势: 不占用CPU，高效处理大量数据
  • 配置:
// 单次DMA传输
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)buffer, length);

// 循环DMA传输（需配置DMA为循环模式）

注入组 vs 规则组

规则组 (Regular Group)
  • 优先级: 普通
  • 通道数量: 最多16个通道
  • 触发方式: 软件或硬件触发
  • 典型应用: 常规数据采集
注入组 (Injected Group)
  • 优先级: 高（可中断规则组转换）
  • 通道数量: 最多4个通道
  • 触发方式: 自动或外部触发
  • 典型应用: 紧急事件处理、关键参数
// 配置注入组
ADC_InjectionConfTypeDef sConfigInjected;
sConfigInjected.InjectedNbrOfConversion = 2;
sConfigInjected.InjectedChannel = ADC_CHANNEL_1;
sConfigInjected.InjectedRank = 1;
HAL_ADCEx_InjectedConfigChannel(&hadc1, &sConfigInjected);

低功耗模式

自动延迟模式 (Auto-delay)
  • 功能: 在转换间插入延迟以降低功耗
  • 适用: 对采样率要求不高的应用
间断模式 (Discontinuous Mode)
  • 工作方式: 每次触发只转换指定数量的通道
  • 节能效果: 减少不必要的转换操作

模式选择指南

应用场景 推荐模式 理由
简单单通道采样 独立模式 + 轮询 实现简单，资源占用少
高速数据采集 独立模式 + DMA + 连续转换 高吞吐量，CPU占用低
同步多路信号 组合规则同步模式 同时采集，数据相关性好
超高频信号 交替模式 有效提升采样率
关键参数监控 看门狗模式 + 注入组 实时监控，快速响应
定时精确采样 硬件触发模式 时序精确，不依赖软件

配置注意事项

  1. 时钟配置: 确保ADC时钟不超过器件最大频率
  2. 采样时间: 根据信号源阻抗调整采样时间
  3. DMA配置: 多ADC模式需要合理配置DMA数据流
  4. 中断优先级: 注入组中断应设置为较高优先级
  5. 电源噪声: 模拟部分供电需要良好的去耦设计

基本设置

数据对齐

左对齐或右对齐

扫描模式

是否对多通道扫描

连续转换模式

是否启用连续转换

规则组设置

- Number Of Conversion: 每次转换多少通道。若此值大于1，最好配合DMA，因为规则组转换完成存储数据的寄存器只有一个，后来的会覆盖前面的数据。 - External Trigger Conversion Source: 选择转换触发源：软件 or 硬件（定时器） - Rank&Channel&SampleTIme: 配置对应通道转换的序号以及采样率1

注入组设置&开门狗启用

中断设置（NVIC）

中断的基本概念

ADC全局中断用于在特定ADC事件发生时通知CPU，实现异步事件处理，避免轮询等待。

主要中断事件类型

// ADC常见中断事件
#define ADC_IT_EOC      ((uint32_t)ADC_IER_EOCIE)      // 转换完成中断
#define ADC_IT_JEOC     ((uint32_t)ADC_IER_JEOCIE)     // 注入组转换完成
#define ADC_IT_AWD      ((uint32_t)ADC_IER_AWDIE)      // 模拟看门狗中断
#define ADC_IT_OVR      ((uint32_t)ADC_IER_OVRIE)      // 溢出中断

用户实现

自校准

需要在cubemx生成的adc.c中ADC初始化函数补充(例adc1)

/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 */  
//自校准  
if (HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1)!= HAL_OK)  
{  
  Error_Handler();  
}  
/* USER CODE END ADC1_Init 2 */

读取特定通道值（独立单次非扫描,adc2）

ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_2;//配置对应通道到首位
sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;  
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_1CYCLE_5;  
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc2, &sConfig) != HAL_OK)  
{  
  Error_Handler();  
}  
// 启动ADC转换  
if (HAL_ADC_Start(&hadc2) == HAL_OK)  
{  
  // 等待转换完成  
  if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc2, 100) == HAL_OK)  
  {  
    return HAL_ADC_GetValue(&hadc2);  
  }  
}  
Error_Handler();

  1. SampleTime 1.5 Cycles 指的是ADC对输入信号进行采样的时间长度为1.5个ADC时钟周期。 ↩