📚 课程目录第4章 ADC采集与电压监测

4. ADC采集与电压监测

任务目标

在嵌入式AI MCU上，通过ADC模块采集模拟电压信号，将采集到的原始值转换为实际电压值，并通过串口周期性输出，实现基础电压监测功能。本案例以STM32F407（Cortex-M4内核）为例，使用标准外设库完成ADC单通道采集与串口打印。

硬件与依赖

MCU：STM32F407VET6（或兼容型号）
信号源：电位器（分压0~3.3V）连接至PA1（ADC1通道1）
串口：USART2（PA2=TX，PA3=RX），波特率115200
开发环境：Keil MDK-ARM 5.x + STM32F4xx标准外设库

关键完整代码

#include "stm32f4xx.h"
#include <stdio.h>

// 重定向fputc到USART2
int fputc(int ch, FILE *f) {
    while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    USART_SendData(USART2, (uint8_t)ch);
    return ch;
}

// 初始化USART2：115200-8-N-1
void USART2_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);

    // PA2=TX, PA3=RX 复用推挽
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_USART2);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_USART2);

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    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_TX | USART_Mode_RX;
    USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);
    USART_Cmd(USART2, ENABLE);
}

// 初始化ADC1通道1（PA1），12位分辨率
void ADC1_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    // PA1模拟输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_84Cycles);
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
}

// 读取ADC原始值并转换为电压（mV）
uint16_t ADC_ReadVoltage_mV(void) {
    ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
    while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);
    uint16_t raw = ADC_GetConversionValue(ADC1);
    // 3.3V参考电压，12位分辨率：电压(mV) = raw * 3300 / 4095
    return (uint16_t)((uint32_t)raw * 3300 / 4095);
}

int main(void) {
    USART2_Init();
    ADC1_Init();
    printf("ADC Voltage Monitor Started\r\n");

    while (1) {
        uint16_t voltage_mV = ADC_ReadVoltage_mV();
        printf("Voltage: %u mV\r\n", voltage_mV);
        for (volatile uint32_t i = 0; i < 2000000; i++); // 约1秒延时
    }
}

编译与运行

在Keil中新建工程，选择芯片型号STM32F407VE，添加上述代码文件。
在工程选项中勾选 Use MicroLIB（用于printf重定向），并添加标准外设库源文件路径。
编译无误后，通过ST-Link下载到开发板。
使用USB转TTL模块连接USART2的TX（PA2）与GND，打开串口助手（115200-8-N-1）。

验证方法

旋转电位器改变PA1输入电压，串口助手应周期性打印电压值，数值随电位器转动在0~3300mV范围内变化。
用万用表测量PA1引脚电压，与串口打印值对比，误差应在±30mV以内（受参考电压精度影响）。
当电位器旋至GND端时，打印值接近0mV；旋至3.3V端时，打印值接近3300mV。

常见问题

串口无输出：检查USART2引脚复用配置是否正确，确认MicroLIB已勾选。
电压值固定不变：确认PA1已配置为模拟输入，且电位器中间抽头确实连接至PA1。
电压值跳变过大：可在ADC采样后增加多次取平均，或检查电源纹波是否过大。