STM32串口DMA传输与ADC采集工程实战 - 第3节

一、逐次逼近型ADC的工作原理

ADC，也就是模数转换器，它的任务很简单——把连续的模拟电压，变成离散的数字量。STM32内部用的是逐次逼近型（SAR）架构。这种架构在速度和精度之间取得了很好的平衡，也是工业控制里最常见的一种。

逐次逼近型ADC的核心思想，说白了就是二分法比较。它内部有一个比较器、一个DAC（数模转换器）和一个逐次逼近寄存器（SAR）。工作流程大致是这样的：

1. 采样保持电路先把输入电压“拍个快照”，固定住。
2. SAR从最高位开始，先假设一个值，比如12位ADC，先假设是1000 0000 0000。
3. DAC把这个假设值转成模拟电压，和输入电压比较。
4. 如果输入电压更大，这一位保留为1；否则置0。
5. 然后移到下一位，重复比较，直到所有位都确定。

举个例子，假设参考电压是3.3V，输入是2.5V，12位分辨率。SAR会先试2048（0x800），DAC输出1.65V，比较发现2.5V > 1.65V，最高位保留1。接着试3072（0xC00），DAC输出2.475V，还是小于2.5V，次高位也保留1……这样逐位逼近下去，最终得到接近的数字量。

我记得刚做第一个数据采集项目时，对ADC的转换时间没太在意，结果采样率一直上不去。后来才发现是采样时间设得太长了。嗯，这里要提醒大家——采样时间和转换时间是两个概念，别搞混了。

二、STM32 ADC模块特性

2.1 分辨率

STM32的ADC支持多种分辨率，常见的有：

分辨率	位数	量化步长（3.3V参考）	适用场景
12位	12	0.805 mV	通用高精度测量
10位	10	3.22 mV	快速采样，精度要求不高
8位	8	12.9 mV	极速采样，如音频
6位	6	51.6 mV	特殊高速场景

我个人习惯在大多数传感器采集场景下使用12位分辨率。虽然STM32也支持可编程分辨率，但12位是硬件原生精度，转换结果最稳定。我曾经在一个温度采集项目里试过用10位分辨率来换取更快的速度，结果发现噪声反而更明显了——因为量化步长变大，小信号的变化被吞掉了。

2.2 采样时间

采样时间决定了ADC内部采样电容充电到输入电压所需的时间。STM32的采样时间可以通过寄存器配置，常见选项有：1.5、7.5、13.5、28.5、41.5、55.5、71.5、239.5个ADC时钟周期。

选采样时间有个基本原则：信号源阻抗越高，需要的采样时间越长。如果采样时间太短，采样电容没充满，转换结果就会偏小。

2.3 转换模式

STM32的ADC支持多种转换模式，我挑几个最常用的说说：

• 单次转换模式：触发一次，转换一次。适合单点测量。
• 连续转换模式：转换完自动开始下一次。适合持续监测。
• 扫描模式：按顺序转换多个通道。适合多路采集。
• 间断模式：每次触发只转换一组通道中的一部分。适合分时采集。

在实际项目中，我经常把连续转换 + 扫描模式搭配使用，配合DMA传输，实现多通道的连续数据采集。这个组合在后面的章节会详细展开。

三、ADC引脚与通道映射

STM32的ADC输入引脚是固定的，每个ADC模块对应一组GPIO引脚。以STM32F103为例，ADC1的通道映射如下：

通道号	引脚	备注
ADC1_IN0	PA0	常用
ADC1_IN1	PA1	常用
ADC1_IN2	PA2	常用
ADC1_IN3	PA3	常用
ADC1_IN4	PA4	常用
ADC1_IN5	PA5	常用
ADC1_IN6	PA6	常用
ADC1_IN7	PA7	常用
ADC1_IN8	PB0	备用
ADC1_IN9	PB1	备用

这里有个容易踩的坑——不是所有引脚都能同时用作ADC输入。比如PA0和PA1如果被复用为定时器PWM输出，就不能同时做ADC输入。我在一个电机控制项目里就吃过这个亏，PWM和ADC共用了PA0，结果ADC读数全是乱的。

四、知识体系结构图

下面这张图把本章的核心知识点串起来了，你可以对照着梳理思路：

这张图把ADC的三个核心维度——工作原理、模块特性、引脚映射——串在了一起。你想想看，如果采样时间没设对，再高的分辨率也白搭；如果引脚被其他外设占了，再好的转换模式也用不了。所以这三块内容要一起理解，不能割裂。