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江协科技教程标准库文档

ADC

STM32F10x ADC 模数转换器原理、配置与标准库单通道/多通道采集示例

对应江协科技 STM32 入门教程 ADC 章节。本文在视频要点基础上补充规则组/注入组、转换模式、时钟与采样时间、电压换算及代码流程说明，便于查阅与二次开发。

ADC 简介

  • ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）将引脚上连续变化的模拟电压转换为内存中的数字量，是模拟电路与数字电路之间的桥梁。
  • STM32F103 内置 12 位逐次逼近型 ADC，最高理论分辨率 4096 档（0～4095）。
  • 参考电压 VREF+ 通常接 3.3 V（与 VDDA 一致），输入电压 0～3.3 V 对应数字量 0～4095。
  • 18 个输入通道：16 路外部引脚 + 内部温度传感器 + 内部参考电压 VREFINT（具体可用通道因芯片型号而异）。
  • 提供 规则组（Regular） 与 注入组（Injected） 两套转换序列；入门示例主要用规则组。
  • 模拟看门狗：可监测电压是否超出设定高低阈值，超限产生中断（过压/欠压保护）。
项目STM32F103 典型参数
分辨率12 位
转换结果0～4095
输入电压0～VREF+（通常 3.3 V）
ADC 时钟最高 14 MHz（需分频配置）
最短转换时间约 1 μs（14 MHz、1.5 周期采样时）
芯片实例F103C8 等资源：ADC1、ADC2（无 ADC3）

与 GPIO 的关系：ADC 采集引脚必须配置为 模拟输入（AIN），此时数字输入/输出缓冲器断开，引脚电压直接进入 ADC 采样保持电路。详见 GPIO 中「模拟输入」模式。

逐次逼近型 ADC

逐次逼近型ADC

什么是逐次逼近型 ADC？
逐次逼近型 ADC（SAR ADC，Successive Approximation Register ADC）是 MCU 内置 ADC 的常见结构。核心思想是：用内部 DAC 逐步产生比较电压，与输入电压比较，从高位到低位逐位确定数字输出。

工作原理简述：

  1. 采样保持（S/H） 电路锁定当前引脚电压。
  2. SAR 从最高位开始，依次假设该位为 1，DAC 输出对应电压。
  3. 比较器判断 DAC 输出与输入电压大小：输入更大则保留该位为 1，否则清 0。
  4. 12 位 ADC 重复 12 轮，得到 0～4095 的数字量。

ADC 框图

ADC框图

框图体现数据流：多路模拟开关 → 采样保持 → 比较器 + SAR + DAC → 数字结果寄存器。
规则组/注入组各自有序列寄存器，决定「先采哪几个通道」；触发单元决定「何时开始一轮转换」。

ADC 基本结构

ADC基本结构

理解要点：

  • 序列（Sequence）：规则组最多 16 个通道排队转换；注入组最多 4 个，且可打断规则组。
  • 数据寄存器 DR：转换完成后结果写入 ADC1->DR（规则组）或 JDRx（注入组）。
  • EOC 标志：End Of Conversion，转换结束置位，软件或 DMA 据此读数。

输入通道

通道ADC1ADC2ADC3
通道0PA0PA0PA0
通道1PA1PA1PA1
通道2PA2PA2PA2
通道3PA3PA3PA3
通道4PA4PA4PF6
通道5PA5PA5PF7
通道6PA6PA6PF8
通道7PA7PA7PF9
通道8PB0PB0PF10
通道9PB1PB1
通道10PC0PC0PC0
通道11PC1PC1PC1
通道12PC2PC2PC2
通道13PC3PC3PC3
通道14PC4PC4
通道15PC5PC5
通道16温度传感器
通道17内部参考电压

说明：

  • STM32F103C8 仅有 ADC1、ADC2，无 ADC3；引脚以表中 ADC1 列为准。
  • 同一时刻 多路外部通道通过内部多路开关轮流接入 SAR，不是并行采样。
  • 通道 16、17 为片内信号，读温度或校准参考电压时使用，无需配置外部 GPIO 为模拟输入（需使能对应内部通道）。
  • 使用 ADC 的引脚不能同时作数字 GPIO 输出，否则影响采样精度。

规则组与注入组

对比项规则组（Regular）注入组（Injected）
通道数最多 16 个最多 4 个
数据寄存器1 个 DR4 个 JDR1～JDR4
优先级低高，可打断规则组
典型用途电位器、多传感器轮询电机电流瞬时采样、过流保护
入门示例✅ 本文重点进阶再学

江协教程与下文代码均使用 规则组 + 软件触发。

转换模式

转换行为由两个独立开关组合决定：

连续转换扫描模式行为
关闭关闭单次、单通道：软件触发一次，转换一个通道后停止
开启关闭连续、单通道：自动反复转换同一通道
关闭开启单次、多通道：触发一次，按序列扫完所有通道后停止
开启开启连续、多通道：自动循环扫描序列

单次转换，非扫描模式

单次转换，非扫描模式

最基础模式：每次调用软件触发，只转换规则组序列 1 上的那一个通道。下文「AD 单通道」即此模式。

连续转换，非扫描模式

连续转换，非扫描模式

使能 ADC_ContinuousConvMode 后，一次触发即可不停转换同一通道，适合示波器式高速采样或配合 DMA 搬运。

单次转换，扫描模式

单次转换，扫描模式

使能 ADC_ScanConvMode 并设置 ADC_NbrOfChannel 为 N，一次触发按序列 1→2→…→N 依次转换，结果需配合 DMA 或逐次读 DR（配合 EOC）。

连续转换，扫描模式

连续转换，扫描模式

多通道循环采集的常用组合，配合 DMA 将 DR 自动写入数组，CPU 几乎不参与每次读数。

触发控制

触发控制
触发方式配置场景
软件触发ADC_ExternalTrigConv_None + ADC_SoftwareStartConvCmd入门、按键后测一次
硬件触发TIM、EXTI 等事件固定采样率、与 PWM 同步

软件触发流程：

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE)
    → 等待 ADC_FLAG_EOC
    → ADC_GetConversionValue(ADC1)

数据对齐

数据对齐

12 位结果可 左对齐 或 右对齐 存放在 16 位数据寄存器中：

对齐说明
右对齐（常用）低 12 位有效，值为 0～4095，直接 return ADC_GetConversionValue()
左对齐高 12 位有效，读数需右移，多用于特殊对齐需求

示例代码使用 ADC_DataAlign_Right。

ADC 时钟

ADC 挂在 APB2 上，时钟来自 PCLK2，且必须经过分频，ADCCLK 不得超过 14 MHz。

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   /* PCLK2=72MHz → ADCCLK=12MHz */
分频PCLK2=72MHz 时 ADCCLK
Div236 MHz ❌ 超限
Div418 MHz ❌ 超限
Div612 MHz ✅ 常用
Div89 MHz ✅

江协示例：72 MHz / 6 = 12 MHz，留一定裕量且转换速度较快。

转换时间

ADC 一次完整转换包括：采样时间 + 量化编码时间。

  • 采样、保持、量化、编码中，可配置的是采样时间；12.5 个 ADC 周期为固定量化编码阶段（12 位分辨率）。

公式：

TCONV=t采样时间+12.5 ADC周期T_{\text{CONV}} = t_{\text{采样时间}} + 12.5\,\text{ADC周期}

例 1：手册常用（ADCCLK = 14 MHz，采样 1.5 周期）

TCONV=(1.5+12.5)/14 MHz=1 μsT_{\text{CONV}} = (1.5 + 12.5) / 14\,\text{MHz} = 1\,\mu\text{s}

例 2：江协代码（ADCCLK = 12 MHz，采样 55.5 周期）

使用 ADC_SampleTime_55Cycles5：

TCONV=(55.5+12.5)/12 MHz≈5.67 μsT_{\text{CONV}} = (55.5 + 12.5) / 12\,\text{MHz} \approx 5.67\,\mu\text{s}

采样时间越长，对高阻抗信号源（如传感器分压）越有利，但转换速率下降。信号源阻抗大或需要更稳定读数时，可加大采样时间；高速采集则选较短采样时间并注意前端驱动。

常用采样时间常量

宏采样周期数
ADC_SampleTime_1Cycles51.5
ADC_SampleTime_7Cycles57.5
ADC_SampleTime_13Cycles513.5
ADC_SampleTime_28Cycles528.5
ADC_SampleTime_41Cycles541.5
ADC_SampleTime_55Cycles555.5
ADC_SampleTime_71Cycles571.5
ADC_SampleTime_239Cycles5239.5

校准

  • STM32 ADC 内置 自校准，补偿内部电容阵列误差，提高精度。
  • 建议每次上电后执行一次（使能 ADC 之后、正式采样之前）。
  • 启动校准前，ADC 应处于关电状态至少 2 个 ADC 时钟周期（标准库流程已处理）。

固定流程（江协代码同款）：

ADC_ResetCalibration(ADC1);
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
ADC_StartCalibration(ADC1);
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);

校准期间勿启动转换；校准完成后再进行正常采样。

硬件连接

典型单通道测电压（电位器分压）：

3.3V ──┬── 电位器上端
       │
       ├── 滑动端 ── PA0 (ADC1_IN0)
       │
GND ───┴── 电位器下端

建议：PA0 近端对 GND 加 100nF 滤波电容（可选，减小抖动）
要点说明
电压范围0～3.3 V，禁止负压、超 3.3 V
VDDA / VSSA与 VDD 共地，模拟电源建议加 LC/RC 滤波
引脚模式GPIO_Mode_AIN，非浮空输入
驱动能力ADC 输入阻抗高，但采样瞬间会充电，高阻信号源需加长采样时间

数字量与电压换算

右对齐、12 位、VREF+ = 3.3 V 时：

电压(V) = ADC值 / 4095 × VREF+

代码中常用（与 4096 分母差异极小，教程多用 4095）：

Voltage = (float)ADValue / 4095.0f * 3.3f;
ADC 值近似电压
00 V
2048约 1.65 V
4095约 3.3 V

1 LSB 约等于 3.3 / 4096 ≈ 0.806 mV。

若需更高精度，可用内部 VREFINT（通道 17） 实测 VDDA 再代入公式，而非死写 3.3 V。

标准库初始化流程

单次、非扫描、软件触发、单通道的推荐顺序：

1. RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC1 + GPIOA)   /* 开时钟 */
2. RCC_ADCCLKConfig(Div6)                 /* ADCCLK ≤ 14MHz */
3. GPIO 模拟输入 AIN                       /* 采集引脚 */
4. ADC_RegularChannelConfig(通道, 序列1, 采样时间)
5. ADC_Init(独立模式, 右对齐, 单次, 非扫描, 软件触发)
6. ADC_Cmd(ENABLE)
7. 校准 ResetCalibration → StartCalibration
8. 采样：SoftwareStartConv → 等 EOC → GetConversionValue

代码示例

AD 单通道

硬件：PA0 接模拟电压（0～3.3 V）。

AD.h
#ifndef __AD_H
#define __AD_H

#include "stm32f10x.h"

void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(void);

#endif
AD.c
#include "AD.h"

/**
 * @brief  ADC1 单通道初始化（PA0 / ADC_Channel_0）
 */
void AD_Init(void)
{
	/* 1. 开启 ADC1、GPIOA 时钟 */
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

	/* 2. ADC 时钟：72MHz/6 = 12MHz（不超过 14MHz） */
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

	/* 3. PA0 模拟输入 */
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	/* 4. 规则组序列 1 绑定通道 0，采样 55.5 周期 */
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

	/* 5. ADC 模式：独立、右对齐、软件触发、单次、非扫描 */
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

	/* 6. 使能 ADC */
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

	/* 7. 上电校准（固定流程） */
	ADC_ResetCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}

/**
 * @brief  软件触发一次转换，返回 0～4095
 */
uint16_t AD_GetValue(void)
{
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
	while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}
main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "AD.h"

uint16_t ADValue;
float Voltage;

int main(void)
{
	AD_Init();

	while (1)
	{
		ADValue = AD_GetValue();
		Voltage = (float)ADValue / 4095.0f * 3.3f;

		/* 通过 OLED / 串口输出 ADValue、Voltage */

		Delay_ms(100);
	}
}

AD 多通道（轮流转换）

硬件：PA0～PA3 分别接四路模拟信号。

思路：不开启扫描模式，每次转换前用 ADC_RegularChannelConfig 改规则组序列 1 的通道，再软件触发。实现简单，适合通道少、速率要求不高的场景。

AD.h
#ifndef __AD_H
#define __AD_H

#include "stm32f10x.h"

void AD_Init(void);
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel);

#endif
AD.c
#include "AD.h"

void AD_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	/* 通道在 AD_GetValue 里按次配置，此处不写 RegularChannelConfig */

	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

	ADC_ResetCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}

/**
 * @param ADC_Channel  ADC_Channel_0～3 对应 PA0～PA3
 */
uint16_t AD_GetValue(uint8_t ADC_Channel)
{
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
	while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}
main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "AD.h"

uint16_t AD0, AD1, AD2, AD3;

int main(void)
{
	AD_Init();

	while (1)
	{
		AD0 = AD_GetValue(ADC_Channel_0);
		AD1 = AD_GetValue(ADC_Channel_1);
		AD2 = AD_GetValue(ADC_Channel_2);
		AD3 = AD_GetValue(ADC_Channel_3);

		/* 换算电压或送显示 */

		Delay_ms(100);
	}
}

多通道采集方式对比

方式扫描模式DMA优点缺点
轮流单次（上文多通道）关否代码简单、易理解通道多时速率慢
单次扫描 + 轮询开否一次触发采完 N 路需循环读 EOC/DR
连续扫描 + DMA开是CPU 占用低、速率高配置复杂，见 DMA

进阶话题

连续转换 + DMA

使能连续 + 扫描，TIM 或软件触发后，DMA 将 ADC1->DR 自动写入 uint16_t buf[N]，适合音频、波形采集。需配置 DMA 外设到存储器、半字宽度、循环模式。

内部温度传感器（通道 16）

需使能温度传感器与内部通道，采样时间宜长（如 239.5 周期），并按参考手册公式将 ADC 值换算为摄氏度（与 VDDA、校准参数有关）。

模拟看门狗

设置高低阈值；电压超出范围时产生 AWD 中断，可用于电池欠压报警。

双 ADC 同步

ADC1 + ADC2 同步模式用于提高采样率或交替采样，属进阶内容。

注意事项

  1. ADCCLK 不得超过 14 MHz，否则结果不可靠。
  2. 采集引脚必须为模拟输入，不能与数字输出混用同一脚。
  3. 上电后做校准，正式采样前完成。
  4. VDDA 与 VDD 共地，模拟电源质量影响精度。
  5. 输入电压 0～VREF+，超范围可能损坏芯片或读数饱和。
  6. 轮询 EOC 会阻塞 CPU；高速或多通道优先考虑 DMA。
  7. 读数抖动时：加长采样时间、硬件滤波电容、软件多次平均。
  8. 使用 4095 还是 4096 作分母：全量程时 4095 对应 VREF+，与 ST 应用笔记一致；差异约 1 LSB 内。

总结

要点说明
分辨率12 位 → 0～4095
引脚模拟输入 AIN，查表对应 ADC_Channel_x
时钟PCLK2 分频，ADCCLK ≤ 14 MHz
模式入门：单次 + 非扫描 + 软件触发
流程初始化 → 校准 → 触发 → 等 EOC → 读 DR
电压V = ADC / 4095 × 3.3
多通道轮流改通道（简单）或扫描 + DMA（高效）

STM32 定时器详解

定时中断、输出比较、输入捕获、触发源与从模式

DMA

STM32F10x DMA 直接存储器访问原理、通道映射与标准库 M2M 转运、ADC 扫描采集示例