基于STM32F103的ADC应用与实现
STM32F103是一款非常流行的32位微控制器，基于Cortex-M3内核，具备较强的处理能力和丰富的外设资源，广泛应用于工业控制、消费电子等领域。在嵌入式系统中，ADC（模拟数字转换器）功能非常重要，它可以将模拟信号（如温度、电压）转换为数字信号，供MCU进行处理。本篇文章将介绍如何在STM32F103中使用ADC，并通过示例代码展示如何采集模拟信号。
1. STM32F103硬件概述STM32F103拥有多达16通道的12位ADC，可以同时采集多个模拟信号。其ADC模块具备以下特点：
[*]12位分辨率，高精度采集模拟信号
[*]多通道支持，可以采集多个信号源
[*]DMA支持，可以通过DMA方式自动采集数据，减少CPU负担
[*]转换速度快，适用于实时采集需求
2. 硬件准备
[*]STM32F103开发板
[*]一个可调电位器（作为输入模拟信号）
[*]若干杜邦线
3. 开发环境
[*]IDE: Keil MDK5
[*]库文件: STM32F1 HAL库
4. ADC配置步骤在STM32F103中使用ADC主要分为以下几个步骤：
[*]GPIO配置：将模拟输入信号引脚配置为模拟模式
[*]ADC初始化：设置ADC的分辨率、时钟、触发方式等参数
[*]采集数据：通过启动ADC并读取转换结果获取模拟信号的数字值
[*]处理数据：将采集到的数字信号进行处理或显示
5. 示例代码：使用STM32F103采集模拟信号下面的代码展示了如何使用STM32F103的ADC功能，读取一个电位器的电压值并通过串口发送到PC端。
#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_adc.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_usart.h"
// ADC初始化
void ADC_Configuration(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// 开启ADC1和GPIOA时钟
// 配置PA0为模拟输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;// 设置为模拟输入模式
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 配置ADC1
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;// 独立模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;// 单通道模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;// 连续转换模式
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;// 采集通道数
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
// 配置ADC通道
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);// 采集通道0（PA0）
// 启用ADC
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
// 校准ADC
ADC_ResetCalibration(ADC1);
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
ADC_StartCalibration(ADC1);
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
// 启动ADC转换
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}
// 串口初始化
void USART_Configuration(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
// 配置PA9为USART1_TX
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 配置PA10为USART1_RX
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 配置USART1
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
// 启用USART1
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
// 串口发送字符
void USART_SendChar(char c) {
USART_SendData(USART1, c);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);
}
// 串口发送字符串
void USART_SendString(char* str) {
while (*str) {
USART_SendChar(*str++);
}
}
int main(void) {
uint16_t adc_value;
ADC_Configuration();// 初始化ADC
USART_Configuration();// 初始化串口
while (1) {
adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1);// 读取ADC值
char buffer;
sprintf(buffer, "%d\n", adc_value);// 将ADC值转为字符串
USART_SendString(buffer);// 通过串口发送ADC值
for (int i = 0; i < 1000000; i++);// 延时
}
}
6. 代码解析
[*]ADC_Configuration函数：初始化ADC模块，包括使能时钟、配置引脚和设置ADC工作模式等。ADC1被配置为单通道模式，并通过软件触发方式进行采样。
[*]USART_Configuration函数：配置USART1用于串口通信。通过PA9和PA10作为串口的TX和RX引脚，串口波特率设置为9600。
[*]main函数：主循环中不断读取ADC的转换值，并通过串口将结果发送到PC。通过电位器调节输入电压，ADC值会随之变化。
7. 实际应用在实际应用中，ADC可以用于采集多种模拟信号，如电压、电流、温度等。STM32F103的ADC模块性能强大，采样速度快，适用于需要精确采集信号的场景。通过本文的代码示例，开发者可以快速掌握STM32F103 ADC的使用方法，并将其应用于各种传感器或电压采集场景。
8. 常见问题
[*]ADC采样精度不高：可能是因为参考电压不稳定或信号有干扰，可以考虑使用滤波器或稳定的外部参考电压。
[*]串口数据乱码：检查串口的波特率设置是否正确，确保PC端的波特率与STM32F103一致。
[*]ADC转换速度慢：可以适当调整ADC的采样时间，或通过DMA方式提升数据传输效率。
9. 结论STM32F103的ADC模块功能强大，能够方便地采集模拟信号并将其转换为数字信号，供MCU处理。通过本文的示例代码，大家可以快速上手使用STM32的ADC功能，应用于各种模拟信号的采集场景。
STM32F103确实好用，ADC加串口这套组合，实战性能很强。 我用的也是电位器做输入，代码完美跑起来了。 终于找到一篇详细的教程了，之前卡在ADC初始化好久。 代码很清晰，按部就班就能实现ADC和串口通信。 有没有办法提高ADC的转换速度，感觉有点慢？ 我用了温度传感器，直接拿这个代码改了下，效果很好。 串口发送数据那里很简洁，搞定PC端通信太省心了。 太及时了，我正好在研究STM32的ADC，这篇文章讲得很清楚。 我是用的STM32F103C8，代码稍作调整就跑通了，效果不错。 可以使用HSE或HSI作为时钟源，并通过RCC配置适当的预分频器。 这个adc精度怎么样啊 温度变化可能影响ADC的转换精度和稳定性。
在设计时考虑温度补偿措施，以提高ADC在不同温度下的性能表现。 尽量缩短 ADC 输入信号线的长度，过长的信号线容易引入外界干扰，并且会增加信号的寄生电容和电感，影响信号的完整性。 要将模拟地和数字地分开布线，避免数字信号对模拟信号的干扰。在合适的位置将模拟地和数字地单点连接，通常在电源的滤波电容附近。 ADC 的转换结果与参考电压密切相关。确保提供给 ADC 的参考电压稳定，任何参考电压的波动都会直接影响转换精度。例如，如果使用外部参考电压源，要选择纹波小、噪声低的电源芯片。 如果使用多个ADC通道，合理安排转换顺序和时间，避免通道间的相互干扰。 对于STM32F103，需要使能ADC1或ADC2的时钟，通常是通过RCC_APB2PeriphClockCmd函数来实现。 考虑进行 ADC 数据校准。STM32F103 提供了一些校准功能，可以提高 ADC 的转换精度。在初始化或者定期执行校准操作，以补偿 ADC 内部的失调误差等。 ADC 对电源噪声非常敏感。在硬件设计时，要对电源进行良好的滤波处理。在靠近 STM32F103 芯片的电源引脚处添加去耦电容，如 100nF 和 1μF 的电容组合，以滤除高频和低频噪声。