3. 使用ADC采集电位器电压并串口输出

任务目标

本案例基于GD32微控制器，完成以下闭环：配置ADC规则组通道采集电位器分压电压，将采样值转换为实际电压值，并通过串口（USART）以可读格式输出。最终通过串口助手观察电压数值随电位器旋钮变化，验证ADC与串口通信链路正确。

硬件连接与前置条件

  • 开发板：GD32F103系列（以GD32F103C8T6为例，其他型号需核对引脚与时钟配置）
  • 电位器：10kΩ，两端接3.3V与GND，中间抽头接PA1（ADC通道1）
  • 串口：USART0（PA9-TX, PA10-RX），通过USB-TTL模块连接PC，波特率115200
  • 软件：Keil MDK或IAR，GD32标准外设库（V3.x）

核心实现代码

以下代码完成ADC初始化（规则组、软件触发、单次转换）、USART0初始化及电压数据轮询发送。代码基于GD32标准外设库，使用gd32f10x.h头文件。

/* main.c - GD32F103 ADC电位器电压采集与串口输出 */
#include "gd32f10x.h"
#include <stdio.h>

/* 重定向fputc到USART0，用于printf */
int fputc(int ch, FILE *f) {
    usart_data_transmit(USART0, (uint8_t)ch);
    while(RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE));
    return ch;
}

static void gpio_config(void) {
    /* PA1: ADC输入模拟浮空 */
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AIN, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1);
    /* PA9: TX复用推挽; PA10: RX浮空输入 */
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9);
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_10);
}

static void usart0_config(void) {
    usart_deinit(USART0);
    usart_baudrate_set(USART0, 115200U);
    usart_word_length_set(USART0, USART_WL_8BIT);
    usart_stop_bit_set(USART0, USART_STB_1BIT);
    usart_parity_config(USART0, USART_PM_NONE);
    usart_hardware_flow_rts_config(USART0, USART_RTS_DISABLE);
    usart_hardware_flow_cts_config(USART0, USART_CTS_DISABLE);
    usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE);
    usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE);
    usart_enable(USART0);
}

static void adc_config(void) {
    /* 使能ADC时钟并配置分频 */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC0);
    adc_clock_config(ADC_ADCCK_PCLK2_DIV6);   /* 约12MHz，ADC时钟≤14MHz */

    /* ADC复位与规则组配置 */
    adc_deinit(ADC0);
    adc_mode_config(ADC_MODE_FREE);           /* 独立模式 */
    adc_special_function_config(ADC0, ADC_SCAN_MODE, DISABLE);
    adc_special_function_config(ADC0, ADC_CONTINUOUS_MODE, DISABLE); /* 单次转换 */
    adc_data_alignment_config(ADC0, ADC_DATAALIGN_RIGHT);
    adc_channel_length_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, 1U);

    /* 通道1，采样时间55.5周期，软件触发 */
    adc_regular_channel_config(ADC0, 0U, ADC_CHANNEL_1, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
    adc_external_trigger_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, EXTERNAL_TRIGGER_DISABLE); /* 软件触发 */
    adc_external_trigger_source_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC_EXTTRIG_REGULAR_NONE);

    /* 使能ADC并校准 */
    adc_enable(ADC0);
    delay_1ms(1U);
    adc_calibration_enable(ADC0);
}

int main(void) {
    /* 系统时钟默认108MHz（需在system_gd32f10x.c中配置） */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0);

    gpio_config();
    usart0_config();
    adc_config();

    while(1) {
        /* 软件触发一次转换并等待完成 */
        adc_software_trigger_enable(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL);
        while(RESET == adc_flag_get(ADC0, ADC_FLAG_ENDC));

        uint16_t adc_value = adc_regular_data_read(ADC0);
        float voltage = (float)adc_value * 3.3f / 4095.0f;

        /* 串口输出：原始值 + 电压值 */
        printf("ADC=%4d, Voltage=%.2fV\r\n", adc_value, voltage);

        delay_1ms(500U);   /* 500ms输出一次 */
    }
}

编译与运行

  1. 创建GD32标准外设库工程，将上述代码替换main.c内容。
  2. 在system_gd32f10x.c中确认系统时钟为108MHz（__SYSTEM_CLOCK_108M_PLL_HXTAL宏定义）。
  3. 编译并下载至开发板。
  4. 连接串口至PC，打开串口助手（波特率115200，8N1）。

验证方法与通过标准

  • 现象：串口助手每500ms收到一行数据，格式如ADC=2048, Voltage=1.65V。
  • 判定通过：旋转电位器旋钮，ADC值与电压值随之线性变化；电压范围在0V～3.3V之间；电压计算值与万用表实测值误差小于±0.05V（忽略电源纹波与ADC量化误差）。
  • 预期输出示例（电位器居中时）：ADC=2048, Voltage=1.65V。该值由12位ADC满量程4095与3.3V基准直接计算得出，非实测结果。

常见问题排查

  • 串口无输出：检查PA9/PA10接线是否交叉连接；确认usart_baudrate_set与串口助手波特率一致；检查fputc重定向是否生效（需包含stdio.h并勾选微库）。
  • 电压值固定不变：确认电位器抽头确实连接PA1；检查ADC通道号是否与引脚匹配（PA1对应ADC_CHANNEL_1）。
  • 电压值跳变过大：在电位器抽头与GND之间并联0.1μF电容滤波；检查电源是否稳定。
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