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引言
在现代电子工程领域，嵌入式系统扮演着至关重要的角色。STM32微控制器，作为嵌入式系统中的明星产品，其内置的ADC模块为我们提供了从现实世界获取模拟信号的能力。本文将带领读者一步步了解如何在STM32上实现高效的数据采集，并将这些数据转换为电压输出，以便进一步处理或显示。
第一部分：准备工作
1. 硬件选择：
首先，我们需要选择合适的STM32微控制器，考虑到ADC通道数量、分辨率以及性能需求。
2.开发环境搭建：
安装并配置STM32CubeIDE或其他集成开发环境（IDE），准备进行软件开发。
3. 基础知识复习：
ADC的工作原理，理解分辨率、采样速率和转换时间等关键概念。ADC的分辨率决定了ADC能够区分的最小电压变化。例如，一个12位的ADC可以区分1/4096的电压变化。
下图为ADC的工作原理
第二部分：硬件连接
1. 电源与地连接：
确保微控制器的电源稳定，正确连接VDD和VSS。
2. 模拟输入配置：
将待测量的模拟信号连接到ADC输入通道，注意避免干扰。
3. 参考电压设置：
配置外部或内部参考电压源，这是ADC转换的基准。ADC能够测量的电压范围，一般情况下，ADC引脚的输入电压是从0至VDD，如果有REF引脚，一般是0至Vref，也有0至2Vref的情况。
第三部分：软件配置
1. 初始化ADC模块：
在此之前需要建立一个变量用于存放转换后的数据
void ADC_init(void) { GPIO_InitTypeDef gpio_info; ADC_CommonInitTypeDef adc_common_info; ADC_InitTypeDef adc_Init_info; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //初始化ADC //1.初始化引脚 PC3 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC,ENABLE); gpio_info.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN; gpio_info.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; gpio_info.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; gpio_info.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; gpio_info.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed; GPIO_Init(GPIOC,&gpio_info); //初始化ADC时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //2.初始化ADC common adc_common_info.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled; //不适用DMA adc_common_info.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //独立模式 adc_common_info.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div6; adc_common_info.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_10Cycles; ADC_CommonInit(&adc_common_info); //3.初始 adc_Init_info.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//使用连续转换模式，mcu会自动进行多次转换 adc_Init_info.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据右对齐 adc_Init_info.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1;//外部触发源 adc_Init_info.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//不使用外部触发源 adc_Init_info.ADC_NbrOfConversion = 1;//只转换PC3一个通道，所以写1 adc_Init_info.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b; adc_Init_info.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//只有一个采集通道不用扫描 ADC_Init(ADC1,&adc_Init_info); //4，配置转换通道 //PC3引脚对应 ADC_RegularChannelConfig(ADC1 ,ADC_Channel_13,1,ADC_SampleTime_56Cycles); //5.开启中断，这样当ADC转换完成之后能立即通知用户 ADC_ITConfig(ADC1,ADC_IT_EOC,ENABLE); //5.1配置中断优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ADC_IRQn; //PA0 对应的是EXTI0_IRQn NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//主优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//子优先级 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //6.使能ADC ADC_Cmd(ADC1 ,ENABLE); //7.启动开始进行转换 ADC_SoftwareStartConv(ADC1); } 2. 中断处理：
如果需要，设置中断服务程序，以便在转换完成后及时处理数据。
void ADC_IRQHandler() { //判断是不是ADC1转换完成中断 if(ADC_GetITStatus(ADC1 ,ADC_IT_EOC)==SET) { //读取ADC转换得到的数值 adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1); //清除中断标志 ADC_ClearITPendingBit(ADC1,ADC_IT_EOC ); } }3. 数据采集函数编写：
创建一个函数，用于启动ADC转换并读取转换后的数据。
uint16_t ADC_GetValue(void) { return adc_value; } 第四部分：数据处理与电压输出
1. 数据校准：
对采集到的数据进行校准，消除系统误差。
2. 电压计算：
根据ADC的分辨率和参考电压，将数字值转换为实际电压值。本文采用12位ADC
DCV = (ADC_GetValue() * 3.3f) / 4096.0f; // 4096是12位ADC的最大数值3. 输出接口配置：
选择适当的输出接口，如USART、LCD或DAC，将电压数据显示或输出。
第五部分：实战演练
1. 示例代码分析：
ADC.C文件
uint16_t adc_value = 0;//保存ADC转换得到的数据 void ADC_IRQHandler() { //判断是不是ADC1转换完成中断 if(ADC_GetITStatus(ADC1 ,ADC_IT_EOC)==SET) { //读取ADC转换得到的数值 adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1); //清除中断标志 ADC_ClearITPendingBit(ADC1,ADC_IT_EOC ); } } uint16_t ADC_GetValue(void) { return adc_value; } void ADC_init(void) { GPIO_InitTypeDef gpio_info; ADC_CommonInitTypeDef adc_common_info; ADC_InitTypeDef adc_Init_info; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //初始化ADC //1.初始化引脚 PC3 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC,ENABLE); gpio_info.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN; gpio_info.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; gpio_info.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; gpio_info.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; gpio_info.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed; GPIO_Init(GPIOC,&gpio_info); //初始化ADC时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE); //2.初始化ADC common adc_common_info.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled; //不适用DMA adc_common_info.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //独立模式 adc_common_info.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div6; adc_common_info.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_10Cycles; ADC_CommonInit(&adc_common_info); //3.初始 adc_Init_info.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//使用连续转换模式，mcu会自动进行多次转换 adc_Init_info.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据右对齐 adc_Init_info.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1;//外部触发源 adc_Init_info.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//不使用外部触发源 adc_Init_info.ADC_NbrOfConversion = 1;//只转换PC3一个通道，所以写1 adc_Init_info.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b; adc_Init_info.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//只有一个采集通道不用扫描 ADC_Init(ADC1,&adc_Init_info); //4，配置转换通道 //PC3引脚对应 ADC_RegularChannelConfig(ADC1 ,ADC_Channel_13,1,ADC_SampleTime_56Cycles); //5.开启中断，这样当ADC转换完成之后能立即通知用户 ADC_ITConfig(ADC1,ADC_IT_EOC,ENABLE); //5.1配置中断优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ADC_IRQn; //PA0 对应的是EXTI0_IRQn NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//主优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//子优先级 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //6.使能ADC ADC_Cmd(ADC1 ,ENABLE); //7.启动开始进行转换 ADC_SoftwareStartConv(ADC1); } ADC.h文件
#ifndef _ADC_H_ #define _ADC_H_ #include "stm32F4xx.h" uint16_t ADC_GetValue(void); void ADC_init(void); #endif主函数main
int main(void) { GPIO_InitTypeDef gpio_info; Delay_init(); ADC_init(); ADC_GetValue(); UART_Init(115200); USART_Cmd(USART1,ENABLE); RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOI,ENABLE); while(1) { float DVC=ADC_GetValue(); printf( "%.2f\r\n",DVC/4096*3.3); Delay_ms (100); } } 注意事项
- 确保参考电压稳定且准确，因为它直接影响到电压转换的准确性。
- 如果输入电压超出ADC的规定范围，可能需要使用外部电路（如运算放大器和分压器）来调整电压水平。
- 在某些应用中，可能还需要考虑ADC的线性误差、温漂和噪声等因素，以提高测量的精度。
结语
通过本文的指导，相信读者已经对STM32嵌入式系统中的ADC数据采集与电压输出有了深入的理解。实践是检验真理的唯一标准，建议读者动手实验，不断优化自己的设计。未来，随着技术的进步和应用场景的拓展，我们期待看到更多创新的应用案例。
