ADC模数转换器

ADC简介

基本原理

1. 采样：按固定时间间隔（采样频率 ）对模拟信号瞬时取值，需满足奈奎斯特采样定理（采样频率≥信号最高频率 2 倍 ，避免信号混叠失真 ）。
2. 量化：把采样得到的模拟值，按设定量化间隔（由 ADC 分辨率决定 ），映射为离散的整数值。比如 12 位 ADC，参考电压 3.3V 时，量化间隔约为 3.3V/4095≈0.805mV 。
3. 编码：将量化后的整数值转换为二进制等数字编码，输出供数字系统处理。

关键参数

1. 分辨率：常用位数表示（如 8 位、12 位、16 位 ），位数越高，能区分的模拟信号变化越细微。计算公式为：分辨率 = 参考电压 /（2ⁿ - 1），n 为分辨率位数 。
2. 转换速率：单位时间完成转换次数（如 1MSPS 表示每秒转换 100 万次 ），决定处理信号的带宽，速率越高，可处理高频信号。
3. 精度：实际转换值与理论值的偏差，受非线性误差、偏移误差、增益误差等影响，常以 LSB（最小量化单位 ）衡量。
4. 参考电压（Vref）：决定 ADC 输入电压范围，输入信号需在该范围内，否则可能损坏或转换出错。

在 STM32 中的应用

1. 引脚配置：将 ADC 通道对应的 GPIO 设为模拟输入模式，如 PA0 对应 ADC1_IN0 。
2. ADC 初始化：配置时钟（ADC_CLK≤36MHz，通过 APB2 分频得到 ）、分辨率（8 位、12 位等 ）、转换模式（单次 / 连续 ）、扫描模式（多通道时启用 ）、采样时间（每个通道采样时间可独立设置，采样时间长则精度高但速度慢 ）。
3. 转换触发：可软件触发（ADC_SoftwareStartConvCmd() ）或硬件触发（定时器更新事件、外部中断等，适用于定时采样 ）。
4. 数据读取：转换完成后，通过ADC_GetConversionValue()读取数字量，或用 DMA 自动传输到内存，减轻 CPU 负担 。示例：12 位 ADC，参考电压 3.3V，读取值为 2048 时，对应模拟电压 =（2048 / 4095）×3.3V≈1.65V 。