單片機（STM32-ADC模數轉換器）

一、基礎知識

1. 模擬信號（Analog?Signal）

定義：模擬信號是連續變化的信號，可以取任意數值。
特點：幅值和時間都是連續的，沒有“跳變”。
舉例：
聲音（麥克風采集到的電壓）
溫度傳感器輸出的電壓
光敏電阻輸出的電壓
正弦波、三角波等

2. 數字信號（Digital Signal）

定義：數字信號是離散的，只能取有限個特定數值（通常是0和1）。
特點：幅值和時間都是“跳變”的，只有高低電平（如3.3V/0V）。
舉例：
單片機的GPIO輸出
計算機中的二進制數據
數碼管顯示的數字

3. 轉換器

3.1 ADC（模數轉換器，Analog to?Digital?Converter）
作用：把模擬信號轉換為數字信號，讓單片機、計算機等數字系統能夠“理解”模擬世界的信息。
舉例：STM32的ADC模塊可以把0~3.3V的電壓轉換為0~4095的數字值（12位ADC）。
3.2 DAC（數模轉換器，Digital to?Analog?Converter）
作用：把數字信號轉換為模擬信號，讓數字系統輸出連續變化的電壓或電流。
舉例：STM32的DAC模塊可以把數字值（如0~4095）轉換為0~3.3V的模擬電壓，用于音頻輸出、波形發生等。

二、ADC（模數轉換器）?

1. 概念

ADC（Analog?to?Digital Converter，模數轉換器）是將模擬信號（如電壓）轉換為數字信號（如二進制數值）的硬件模塊。
在STM32等單片機中，ADC模塊可以讓你采集外部傳感器、信號源等的模擬電壓，并在程序中進行處理。

2. ADC的主要作用（應用場景）

采集傳感器信號（如溫度、光照、濕度、壓力等）
檢測電池電壓、電流等模擬量
實現音頻采集、波形分析等功能

3. STM32 ADC的基本特性

(1) 多通道：STM32的ADC通常有多個輸入通道（如16、18、24等），可采集多個模擬信號。
(2) 分辨率：常見有14位、12位、10位、8位、6位等，12位ADC的輸出范圍是0~4095。
(3) 采樣速率：支持高速采樣，適合音頻、波形等應用。
(4) 多種采樣模式：單次采樣、連續采樣、掃描模式、間斷模式等。
(5) 支持DMA：可用DMA自動搬運數據，減輕CPU負擔。
(6) 內部通道：可采集芯片內部溫度、參考電壓等。
(7) 轉換時間：是指ADC從開始采樣到輸出數字結果所需的總時間。包含采樣時間（ADC轉采集輸入電壓的時間）和轉換時間（ADC內部將采樣到的模擬信號轉換成數字值的時間）。
(8)量程：能測量的電壓范圍 0 ~ 3.6V（VSS ~VDD）（單片機供電范圍是1.71到3.6）

4.ADC工作原理

(1).?多路輸入與通道選擇
IN0~IN7：8路模擬輸入信號。
通道選擇開關：通過外部的地址線（ADDA、ADDB、ADDC）和地址鎖存允許（ALE）信號，選擇其中一路模擬信號輸入到后續電路。
(2).?地址鎖存和譯碼
ADDA、ADDB、ADDC：三根地址線，選擇輸入通道（000~111對應IN0~IN7）。
ALE：地址鎖存允許信號，鎖存當前地址，防止轉換過程中地址變化。
(3).?逐次逼近寄存器（SAR, Successive?Approximation?Register）
作用：控制DAC輸出的電壓，逐步逼近輸入的模擬電壓，實現A/D轉換。
原理：
SAR內部有8位寄存器（對應8位ADC）。
轉換過程從最高位（MSB）到最低位（LSB）依次判斷每一位是1還是0。
每判斷一位，SAR就把該位暫時置1，其余低位為0，然后控制DAC輸出對應的電壓，與輸入模擬電壓比較。
如果DAC輸出電壓小于輸入電壓，則該位保留為1；否則清零為0。
依次判斷8位，最終得到8位數字量。
(4).?DAC（數模轉換器）
作用：把SAR當前寄存器的內容（數字量）轉換成模擬電壓，供比較器與輸入模擬電壓比較。
原理：
DAC接收SAR輸出的8位數字量，輸出對應的模擬電壓。
這個電壓和輸入的模擬電壓一起送到比較器。
比較器輸出高低電平，反饋給SAR，決定當前位是1還是0。
(5).?逐次逼近A/D轉換過程舉例（八位）
假設要把某一路輸入電壓轉換為數字量，過程如下：
1. SAR先把最高位（D7）設為1，其余為0，DAC輸出對應電壓。
2. 比較器比較：
????????如果DAC電壓?< 輸入電壓，D7保留為1；
????????否則D7清零為0。
3. SAR再把次高位（D6）設為1，其余低位為0，DAC輸出新電壓。
4. 重復比較，依次判斷D6、D5……直到D0。
5. 8位全部判斷完畢，SAR寄存器內容就是輸入電壓的數字表示。
6. 把數據存入八位三態鎖存緩沖器，等待主機獲取。

?5. U5（STM32U575RIT6）的ADC

6. 工作模式

6.1 工作模式劃分

1. 單次轉換模式（Single?Conversion?Mode）
說明：ADC只進行一次模數轉換，轉換完成后自動停止。
應用：適合對某一通道偶爾采樣的場合，比如需要時才采集一次數據。
2. 連續轉換模式（Continuous?Conversion?Mode）
說明：ADC會不斷地進行模數轉換，轉換完成后自動開始下一次轉換，循環往復。
應用：適合需要實時、連續采集數據的場合，如電壓、電流實時監測。
3. 掃描轉換模式（Scan?Conversion Mode）
說明：ADC可以按照預先設定的通道順序，依次對多個通道進行采樣和轉換。
應用：適合多路信號采集，如多傳感器數據采集。
4. 間斷轉換模式（Discontinuous?Conversion?Mode）
說明：在掃描模式基礎上，每次只轉換設定數量的通道，然后暫停，等待下次觸發再繼續轉換剩余通道。
應用：適合對多通道分批采集，減少瞬時采集壓力。
5. 插隊轉換模式（Injected?Conversion Mode）
說明：在常規轉換過程中，可以被高優先級的“插隊”轉換打斷，優先采集插隊通道的數據，插隊轉換完成后再恢復常規轉換。
應用：適合需要對某些重要信號進行優先采集的場合，如故障檢測、緊急信號采集。

6.2 指示采集過程不同階段的兩個重要標志位EOC和EOS：

1. EOC（End Of Conversion，轉換結束）
含義：EOC?表示“單次轉換結束”。
作用：當ADC完成對某一個通道的模數轉換后，EOC標志會被置位，表示本次采樣的數據已經轉換完成，可以讀取轉換結果了。
應用場景：適用于單通道采集或多通道逐個采集時，判斷每個通道的數據是否轉換完成。
舉例：假如你配置ADC采集通道1，通道1的電壓轉換完成后，EOC標志置位，軟件可以讀取通道1的ADC值。
2. EOS（End?Of?Sequence，序列結束）
含義：EOS?表示“序列采集結束”。
作用：當ADC配置為掃描模式（即一次采集多個通道，形成一個采集序列）時，只有當本輪所有通道都采集并轉換完成后，EOS標志才會被置位，表示整個采集序列結束。
應用場景：適用于多通道掃描采集，判斷一輪所有通道的數據是否都已采集完成。
舉例：假如你配置ADC依次采集通道1、2、3，只有當3個通道都采集完畢后，EOS標志才會置位，軟件可以批量讀取所有通道的ADC值。

7. 使用ADC進行單通道采集

使用ADC采集VBAT的電壓，并且打印到串口。

在底板上，紐扣電池BT1的作用是在外部電源斷電時為RTC（實時時鐘）模塊持續供電，確保保證RTC時鐘和時間信息不丟失；而S1是一個與單片機連接的開關，其在原理圖中的作用是切換RTC的供電來源，當S1向上撥時，RTC通過外部電源供電，適用于系統正常工作時；當S1向下撥時，RTC則由紐扣電池BT1供電，適用于外部電源斷開時保證RTC繼續運行，這樣設計可以在系統掉電時依然保持實時時鐘的計時功能。
此外，S1的狀態還可以通過連接到單片機的引腳進行檢測，單片機可以根據該引腳的電平判斷當前RTC的供電狀態，從而在軟件上做出相應的處理，比如提示用戶更換電池或記錄掉電事件，實現對系統供電狀態的智能管理。
所以當我們外部不接電并且想讓紐扣電池給單片機內部RTC供電就要求我們按鈕撥到BAT方向，讓紐扣電池供電。

1. 使用ADC4采集紐扣電池BT1的電壓，設置ADC4檢測的通道為Vbat/4通道，這樣ADC4的一個對應的通道就和單片機引腳VBAT連接，可以進行代碼編輯采集電壓。

其他屬性補充，單通按照上面配置：

?2.編輯代碼：

U5特有步驟：（只需要執行一次，放在主函數內while外面，注釋中詳細介紹了）

HAL_PWREx_EnableVddA();            //這個函數用于啟用VDDA電壓域。VDDA是指處理器的模擬電源電壓域，用于供電模擬功能模塊，例如ADC,DAC等。通過HAL_PWREx_EnableVddA()函數，可以使處理器的VDDA電壓域處于啟用狀態，以供給模擬功能模塊所需的電源。
HAL_PWREx_EnableVddIO2();          //這個函數用于啟用VDDIO2電壓域。VDDIO2是指處理器的I/O引腳電源域，用于供電處理器的I/O引腳。通過調用HAL_PWREx_EnableVddIO2()函數，可以使處理器的VDDIO2電壓域處于啟用狀態，以供給處理器的I/O引腳所需的電源。
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc4,ADC_CALIB_OFFSET,ADC_SINGLE_ENDED);  //校準單端ADC采樣

所有類型芯片采樣都要做的事：（放在while循環多次采樣，也可以只測一次看個人需要）

HAL_ADC_Start(&hadc4);                    //啟動adc轉換 
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc4,100);    //等待轉換完成，第二個參數表示超時時間，單位ms
int value=HAL_ADC_GetValue(&hadc4);       //獲取ADC轉換結果

3. 接通好燒錄引腳和數據線后，編譯后使用debug功能。

把測的的value一定要放到全局變量中，不然不好觀測，局部變量每次都重新創建影響測試。

一定要確定線連接無誤，右鍵可視窗口的變量可以取消十六進制顯示：

?8. 使用ADC進行多通道單次數據采集

找到擴展板上的電壓采集：

確定連接的引腳后，選擇引腳模式為ADC4，后面就是通道數，可以在左邊ADC4，后面就不用設置，因為我們已經設置采集順序，上面圖片已經標注，這樣的好處是方便。

?完整代碼：

多通道單次采集特點是每次采集都要重新打開ADC，接收數據后就需要關閉再次打開采集下一次數據。

/* USER CODE BEGIN Header */
/********************************************************************************* @file           : main.c* @brief          : Main program body******************************************************************************* @attention** Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.* All rights reserved.** This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file* in the root directory of this software component.* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.********************************************************************************/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "adc.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "stdio.h"
int fputc(int ch,FILE *p)
{while(!(USART1->ISR &(1<<7))){}	//等待發送寄存器空//ISR的第七位是1 ，說明發送寄存器是空，這個時候再去寫入要發送的數據//當發送寄存器是空，跳出循環，把數據放好發送數據寄存器里面USART1->TDR = ch;return ch;
}/* USER CODE END Includes *//* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD *//* USER CODE END PTD *//* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD *//* USER CODE END PD *//* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM *//* USER CODE END PM *//* Private variables ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PV *//* USER CODE END PV *//* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void SystemPower_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP *//* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
int value = 0;
int value2 = 0;
float a = 0;
/* USER CODE END 0 *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* Configure the System Power */SystemPower_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_ADC4_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_PWREx_EnableVddA();            //這個函數用于啟用VDDA電壓域。VDDA是指處理器的模擬電源電壓域，用于供電模擬功能模塊，例如ADC,DAC等。通過HAL_PWREx_EnableVddA()函數，可以使處理器的VDDA電壓域處于啟用狀態，以供給模擬功能模塊所需的電源。HAL_PWREx_EnableVddIO2();          //這個函數用于啟用VDDIO2電壓域。VDDIO2是指處理器的I/O引腳電源域，用于供電處理器的I/O引腳。通過調用HAL_PWREx_EnableVddIO2()函數，可以使處理器的VDDIO2電壓域處于啟用狀態，以供給處理器的I/O引腳所需的電源。HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc4,ADC_CALIB_OFFSET,ADC_SINGLE_ENDED);  //校準單端ADC采樣 /* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){HAL_ADC_Start(&hadc4);//啟動adc轉換 HAL_ADC_PollForConversion(&hadc4,100);    //等待轉換完成，第二個參數表value = HAL_ADC_GetValue(&hadc4);   			//獲取ADC第一個轉換結果HAL_ADC_PollForConversion(&hadc4,100);    //等待轉換完成，第二個參數表value2 = HAL_ADC_GetValue(&hadc4); 			  //獲取ADC第二個轉換結果HAL_ADC_Stop(&hadc4);				//停止ADCa = 3.3*(value*4)/4096;		//計算電壓值//printf("%fV",a);HAL_Delay(2000);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}/*** @brief System Clock Configuration* @retval None*/
void SystemClock_Config(void)
{RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};/** Configure the main internal regulator output voltage*/if (HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE4) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks*/RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI|RCC_OSCILLATORTYPE_MSI;RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;RCC_OscInitStruct.MSIState = RCC_MSI_ON;RCC_OscInitStruct.MSICalibrationValue = RCC_MSICALIBRATION_DEFAULT;RCC_OscInitStruct.MSIClockRange = RCC_MSIRANGE_4;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks*/RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2|RCC_CLOCKTYPE_PCLK3;RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_MSI;RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB3CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK){Error_Handler();}
}/*** @brief Power Configuration* @retval None*/
static void SystemPower_Config(void)
{/** Disable the internal Pull-Up in Dead Battery pins of UCPD peripheral*/HAL_PWREx_DisableUCPDDeadBattery();
/* USER CODE BEGIN PWR */
/* USER CODE END PWR */
}/* USER CODE BEGIN 4 *//* USER CODE END 4 *//*** @brief  This function is executed in case of error occurrence.* @retval None*/
void Error_Handler(void)
{/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug *//* User can add his own implementation to report the HAL error return state */__disable_irq();while (1){}/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/*** @brief  Reports the name of the source file and the source line number*         where the assert_param error has occurred.* @param  file: pointer to the source file name* @param  line: assert_param error line source number* @retval None*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{/* USER CODE BEGIN 6 *//* User can add his own implementation to report the file name and line number,ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) *//* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

?9. 使用ADC1進行多通道數據單次采集

我們新建項目，熟悉一下ADC1，使用ADC1實現。

(1) 配置通道，使能ADC1：

(2) 調節轉換通道數量，設置基本屬性：

等待ADC轉換結束信號EOC兩種方式：

while等待EOC：適合所有ADC，直接操作寄存器，靈活但需要自己處理細節。
HAL_ADC_PollForConversion：HAL庫推薦用法，安全、易用、帶超時，但部分老型號或特殊用法下可能不適用。
實際選擇：如果HAL庫支持，建議用HAL_ADC_PollForConversion；如果遇到兼容性或特殊需求，可以用while輪詢。

(3) 編寫代碼：

?結果：