STM32 ADC

基本

ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器） 是嵌入式系统中连接物理世界与数字系统的核心组件，其作用是将连续的模拟信号（如传感器输出的电压、电流）转换为离散的数字信号，供微控制器或处理器处理。

工作原理

采样（Sampling）
以固定间隔捕获模拟信号的瞬时值。采样率需满足奈奎斯特定理，即采样频率至少为信号最高频率的两倍，以避免混叠失真。

量化（Quantization）
将采样值映射到最近的离散电平。量化精度由分辨率（位数）决定，例如12位ADC可区分4096个电平，分辨率越高，精度越高。

编码（Encoding）
将量化结果转换为二进制代码，供数字系统处理。编码方式通常为右对齐或左对齐。

类型与特点

逐次逼近型（SAR, Successive Approximation Register）

原理：通过二分法逐步逼近输入电压，类似“猜数字”游戏。

特点：中速（1 MSPS以内）、高精度（12-18位）、低功耗。适用于传感器接口、医疗设备（如心电图机）。

闪存型（Flash ADC）

原理：并行比较所有电平，一步完成转换。

特点：超高速（GSPS级）、低分辨率（通常8位）。电路复杂度高，功耗和成本随分辨率指数增长。

流水线型（Pipeline ADC）

原理：将转换过程分解为多级，每级处理部分比特，并行流水操作。

特点：高速（10 MSPS-1 GSPS）、中等精度（8-14位）。用于视频处理、通信系统（如软件定义无线电）。

 Σ-Δ型（Sigma-Delta ADC）

原理：通过过采样和噪声整形提升精度，积分器+1位DAC结构。

特点：超高精度（16-32位）、抗噪性强，但速度低（<100 kSPS）。适用于音频处理、精密测量（如电子秤）。

关键参数

误差来源与校准方法

常见误差

量化误差：分辨率有限导致，可通过增加位数或抖动技术缓解。

非线性误差：DNL（微分非线性）：相邻电平的步进差异。INL（积分非线性）：整体转换特性与理想直线的偏差。

通道不匹配：时间交织ADC中多通道增益、偏移差异。

噪声干扰：电源噪声、电磁干扰（EMI）影响精度

校准方法

硬件校准：通过精密电阻匹配、参考电压源（如TL431）提升精度

软件校准：

两点校准：利用已知输入电压（如0V和Vref）计算增益和偏移。

统计校准：对多次采样结果取平均，减少随机噪声。

数字校准算法：针对时间交织ADC的通道误差，通过插值和重建技术调整采样点。

使用例（stm32）

单通道采集

 连续转换功能未开启时

连续转换功能开启时

多通道采集

工作逻辑

ADC的规则组可有多通道，启动后对通道进行采样和转换，其结果放入规则通道寄存器，ADC_SR的EOC置为1；

HAL_ADC_PollForConversion函数负责反复检查ADC状态寄存器（ADC_SR)中的转换结束标志位（EOC）是否为1；

HAL_ADC_GetValue读取数据寄存器时，EOC = 0；

if(ADC连续转换enable){

 对规则组中的通道连续工作；

}else if(ADC扫描模式enable){

连续对规则组中的通道依次工作；

//多通道下

//可用DMA通道搬运数据；

}