STM32 ADC采样详解（标准库版）：普通模式与DMA模式，附完整可用代码

前言ADC模数转换器是嵌入式开发中测量模拟信号的核心外设从简单的电压读取到复杂的传感器数据采集都离不开它。STM32F103 内置 12 位逐次逼近型 ADC最多支持 18 个通道在 72MHz 主频下最高采样率达 1Msps性能非常实用。在实际项目中我们最常接触两种采集方式普通查询模式简单直接适合低频率、单通道的采集。DMA 传输模式配合 DMA 进行多通道连续采集CPU 零负担是工程应用的主流选择。本文使用标准外设库SPL以 STM32F103C8T6 为核心先讲清 ADC 时基与规则通道原理再分别给出普通模式和 DMA 模式的完整可运行代码所有配置均经过验证复制到你的工程里即可点亮功能。一、STM32 ADC 基础原理1.1 逐次逼近型 ADC 如何工作STM32 的 ADC 采用逐次逼近架构内部通过二分法比较输入电压与 DAC 输出经过 12 个时钟周期12 位分辨率逼近真实值转换结果范围为0 ~ 4095。1.2 规则通道与注入通道规则通道组可安排 16 个通道的转换序列按顺序依次转换结果只存到一个共用的 16 位数据寄存器ADC_DR中。如果 CPU 来不及读取新的结果会覆盖旧值这就是多通道采集必须依赖 DMA 的根本原因。注入通道组最多 4 个通道拥有独立的数据寄存器可打断规则通道的转换序列常用于紧急采样如电流环控制。本文将专注于使用最广泛的规则通道组。1.3 时钟与采样时间ADC 挂载在 APB2 总线上时钟通过分频器供给最大不超过 14MHz。标准配置72MHz ÷ 6 12MHz。单次转换所需时间 采样时间 12.5 个 ADC 时钟周期。例如采样时间选 55.5 周期则总时间 ≈ 68 / 12M ≈ 5.67μs采样率约 176kHz。1.4 关键配置参数一览参数含义普通单通道DMA 多通道ADC_Mode工作模式ADC_Mode_IndependentADC_Mode_IndependentADC_ScanConvMode扫描模式DISABLEENABLEADC_ContinuousConvMode连续转换按需ENABLEADC_DataAlign数据对齐ADC_DataAlign_RightADC_DataAlign_RightADC_NbrOfChannel规则通道数量1实际通道数二、普通模式查询法特点CPU 主动查询 EOC 标志手动读取ADC_DR。代码清晰适用于低频单通道场景。2.1 单通道单次转换PA0/* adc_single.c */#includeadc_single.h/** * brief ADC1 单通道初始化PA0, 通道0 */voidADC1_Single_Init(void){ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/* 1. 开启时钟 */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);// ADC 时钟 72M/6 12MHz/* 2. PA0 模拟输入 */GPIO_InitStructure.GPIO_PinGPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_ModeGPIO_Mode_AIN;GPIO_Init(GPIOA,GPIO_InitStructure);/* 3. ADC 基础配置 */ADC_InitStructure.ADC_ModeADC_Mode_Independent;ADC_InitStructure.ADC_ScanConvModeDISABLE;// 单通道不扫描ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvModeDISABLE;// 单次转换ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvADC_ExternalTrigConv_None;// 软件触发ADC_InitStructure.ADC_DataAlignADC_DataAlign_Right;ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel1;// 通道数ADC_Init(ADC1,ADC_InitStructure);/* 4. 配置规则通道通道0排序第1采样时间 55.5 周期 */ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);/* 5. 使能 ADC并校准必须先使能再校准 */ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);ADC_ResetCalibration(ADC1);while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));ADC_StartCalibration(ADC1);while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));}/** * brief 触发一次软件转换返回 ADC 值 */uint16_tADC1_GetValue(void){ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);// 启动转换while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)RESET);// 等待转换完成returnADC_GetConversionValue(ADC1);// 读取结果同时清EOC}/* adc_single.h */#ifndef__ADC_SINGLE_H__#define__ADC_SINGLE_H__#includestm32f10x.hvoidADC1_Single_Init(void);uint16_tADC1_GetValue(void);#endif使用示例main.cintmain(void){uint16_tadc_val;floatvol;ADC1_Single_Init();while(1){adc_valADC1_GetValue();voladc_val*3.3f/4095;// 参考电压 3.3V// 可通过串口打印 vol}}2.2 多通道连续扫描仅演示不推荐用于实际项目开启扫描 连续转换后ADC 会按顺序循环转换各个通道但读取时无法确认当前数据属于哪个通道极易覆盖。此模式仅供学习了解流程正式项目请直接跳到 DMA 模式。/* 不推荐仅作演示 */voidADC1_Multi_NoDMA_Init(void){// ... 时钟、GPIO 同前 ...ADC_InitStructure.ADC_ScanConvModeENABLE;// 扫描模式ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvModeENABLE;// 连续转换ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel2;// ... 其余相同 ...ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1,2,ADC_SampleTime_55Cycles5);// 启动一次连续转换ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);}警告这种方式读到的数据顺序不可靠请不要在项目中采用。三、DMA 模式多通道自动采集3.1 DMA 如何解决多通道采集难题DMA直接存储器访问可以不经过 CPU直接将ADC_DR中的结果搬运到内存数组里。配合扫描模式 连续转换 DMA 循环模式可实现ADC 自动扫描所有通道 → 转换结果由 DMA 按序存入数组 → 数组满后自动从头覆盖。CPU 完全被解放只需在需要时读取数组即可。3.2 双通道 DMA 循环传输PA0、PA1我们以最常见的双通道电压采集为例数据存放于ADC_ConvertedValue[2]中索引0对应通道 0PA0索引1对应通道 1PA1。/* adc_dma.c */#includeadc_dma.h#defineADC_CH_NUM2uint16_tADC_ConvertedValue[ADC_CH_NUM]{0};/** * brief ADC1 DMA 初始化PA0/通道0, PA1/通道1 */voidADC1_DMA_Init(void){ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;/* 1. 使能时钟 */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);// DMA1 时钟RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);// ADC 时钟 12MHz/* 2. 配置 PA0, PA1 为模拟输入 */GPIO_InitStructure.GPIO_PinGPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_ModeGPIO_Mode_AIN;GPIO_Init(GPIOA,GPIO_InitStructure);/* 3. 配置 DMA1 通道1 */DMA_DeInit(DMA1_Channel1);// 复位 DMA 通道DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr(uint32_t)ADC1-DR;// 外设地址DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr(uint32_t)ADC_ConvertedValue;// 内存地址DMA_InitStructure.DMA_DIRDMA_DIR_PeripheralSRC;// 外设到内存DMA_InitStructure.DMA_BufferSizeADC_CH_NUM;// 传输个数(两个通道)DMA_InitStructure.DMA_PeripheralIncDMA_PeripheralInc_Disable;// 外设地址固定DMA_InitStructure.DMA_MemoryIncDMA_MemoryInc_Enable;// 内存地址递增DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSizeDMA_PeripheralDataSize_HalfWord;// 半字(16位)DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSizeDMA_MemoryDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_ModeDMA_Mode_Circular;// 循环模式DMA_InitStructure.DMA_PriorityDMA_Priority_High;DMA_InitStructure.DMA_M2MDMA_M2M_Disable;DMA_Init(DMA1_Channel1,DMA_InitStructure);DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);// 使能 DMA 通道/* 4. 配置 ADC1 */ADC_InitStructure.ADC_ModeADC_Mode_Independent;ADC_InitStructure.ADC_ScanConvModeENABLE;// 多通道必须扫描ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvModeENABLE;// 连续转换ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvADC_ExternalTrigConv_None;ADC_InitStructure.ADC_DataAlignADC_DataAlign_Right;ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannelADC_CH_NUM;// 通道总数ADC_Init(ADC1,ADC_InitStructure);/* 配置规则通道序列1 - 通道0 序列2 - 通道1 */ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1,2,ADC_SampleTime_55Cycles5);/* 使能 ADC 的 DMA 请求极易遗漏 */ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE);/* 使能 ADC 并校准 */ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);ADC_ResetCalibration(ADC1);while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));ADC_StartCalibration(ADC1);while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));/* 启动连续转换只需触发一次之后自动循环 */ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);}/* adc_dma.h */#ifndef__ADC_DMA_H__#define__ADC_DMA_H__#includestm32f10x.hexternuint16_tADC_ConvertedValue[2];voidADC1_DMA_Init(void);#endif主程序使用示例main.c#includeadc_dma.hintmain(void){floatvol_ch0,vol_ch1;ADC1_DMA_Init();// 启动后 DMA 自动循环搬运while(1){/* ADC_ConvertedValue[0] 始终存放通道0PA0的最新值 *//* ADC_ConvertedValue[1] 始终存放通道1PA1的最新值 */vol_ch0ADC_ConvertedValue[0]*3.3f/4095;vol_ch1ADC_ConvertedValue[1]*3.3f/4095;// 延时或处理数据……}}3.3 代码要点批注DMA_Mode_Circular搬运完两个通道后自动跳回数组开头与 ADC 连续转换完美配合永不停止。DMA_MemoryInc Enable每搬运一次地址递增保证[0]存通道 0[1]存通道 1。ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE)老手也偶尔忘记这行没有它 DMA 不会收到任何请求。校准顺序必须先ADC_Cmd(ENABLE)再校准否则校准无效结果会有偏差且很难排查。四、常见避坑指南校准顺序错误ADC_Cmd一定要在校准函数之前调用这是标准库用户最容易踩的坑。忘记设置 ADC 时钟分频不调用RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6)的话ADC 时钟默认为 72MHz远超 14MHz 上限会导致 ADC 工作异常。DMA 通道对应错误ADC1 固定使用DMA1_Channel1其他外设不同通道切勿混淆。数据错位通道对应不上检查ADC_RegularChannelConfig的排序参数第 1 个通道对应数组[0]第 2 个对应[1]以此类推。查询模式下忘记等待 EOC若不等转换完成直接读ADC_DR得到的是旧值或无效值。使用ADC_GetConversionValue会同时清除 EOC 标志。五、总结模式适用场景优缺点普通单次查询低频单通道如温度巡检简单但阻塞 CPU多通道查询不建议实际使用数据极易覆盖仅作学习DMA 循环多通道连续采集推荐CPU 零负担数据准确可靠掌握了普通模式和 DMA 模式的标准库写法后应对绝大多数 STM32 模拟信号采集需求都将游刃有余。建议先在普通模式下调通单通道确认硬件没问题再切换到 DMA 模式这样可以排除很多基础配置错误。文中代码均可直接复制到 KEIL 标准库工程中编译运行若遇到问题欢迎在评论区讨论交流。参考资料STM32F103x8/xB 数据手册RM0008 Reference ManualSTM32F10x Standard Peripherals Library 使用手册