STM32串口DMA传输与ADC采集工程实战 - 第4节

4.1 为什么先讲单次采集？

很多初学者一上来就盯着 DMA、连续转换、多通道这些东西看。我个人习惯是——先把单次阻塞采集跑通。为什么？

你想想看，ADC 最基础的任务就是把模拟电压变成数字量。如果连单次采集都搞不定，后面那些高级功能全是空中楼阁。我在项目里见过不少工程师，DMA 配置得花里胡哨，结果发现基准电压没接对，读出来的数据全是乱的。

所以这一章，咱们就老老实实把单次采集的每一步走一遍。从 CubeMX 配置到代码实现，再到电压换算，全部手把手过。

4.2 HAL 库 ADC 初始化流程

STM32 的 ADC 外设，说白了就是一个逐次逼近型转换器。HAL 库帮我们封装好了底层寄存器操作，但初始化流程还是有固定套路的。

4.2.1 CubeMX 配置要点

打开 CubeMX，选好芯片型号。我以 STM32F103C8T6 为例，这个芯片在市面上很常见。

1. 选择 ADC 通道：在 Pinout 视图里找到 ADC1，把 IN0 设置为模拟输入模式。IN0 对应 PA0 引脚。
2. 配置时钟：ADC 的时钟源一般选 PCLK2 的 2 分频或 4 分频。F103 的 ADC 最高支持 14MHz，别超了。
3. 参数设置：在 Parameter Settings 里，把 Scan Conversion Mode 设为 Disabled，Continuous Conversion Mode 设为 Disabled。这就是单次模式。

4.2.2 初始化代码结构

CubeMX 生成的初始化代码通常在 MX_ADC1_Init() 函数里。咱们来看看核心部分：

static void MX_ADC1_Init(void)
{
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;

  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_1CYCLE_5;

  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

这里有几个关键参数：

4.3 阻塞式单通道采集

初始化完成后，怎么触发一次转换？HAL 库提供了两个函数：

• HAL_ADC_Start()：启动 ADC 转换
• HAL_ADC_PollForConversion()：等待转换完成

阻塞式采集的代码很简单：

uint32_t adc_value = 0;

HAL_ADC_Start(&hadc1);
if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) == HAL_OK)
{
  adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}
HAL_ADC_Stop(&hadc1);

这段代码的逻辑：

1. 调用 HAL_ADC_Start() 启动转换
2. 用 HAL_ADC_PollForConversion() 等待，超时设为 100 毫秒
3. 转换完成后，用 HAL_ADC_GetValue() 读取结果
4. 最后调用 HAL_ADC_Stop() 停止 ADC

4.4 数据读取与电压换算

读到的 adc_value 是一个 12 位的数字量，范围是 0~4095。怎么换算成实际电压？

公式很简单：

电压值 = (ADC值 / 4096) × 参考电压

为什么是 4096 而不是 4095？因为 12 位 ADC 的分辨率是 2^12 = 4096 个量化等级。虽然最大值是 4095，但计算时要用 4096 做分母。

代码实现：

float voltage = 0.0f;
uint32_t adc_value = 0;

HAL_ADC_Start(&hadc1);
if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) == HAL_OK)
{
  adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
  voltage = (float)adc_value / 4096.0f * 3.3f;
}
HAL_ADC_Stop(&hadc1);

这里假设参考电压是 3.3V。如果你的板子用的是内部参考电压，或者外部基准源，记得改这个值。

4.5 完整示例代码

把上面的内容拼起来，就是一个完整的单次采集函数：

float ADC_GetVoltage(void)
{
  uint32_t adc_value = 0;
  float voltage = 0.0f;

  HAL_ADC_Start(&hadc1);
  if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) == HAL_OK)
  {
    adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    voltage = (float)adc_value / 4096.0f * 3.3f;
  }
  HAL_ADC_Stop(&hadc1);

  return voltage;
}

在主函数里调用：

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();

  while (1)
  {
    float v = ADC_GetVoltage();
    HAL_Delay(1000);
  }
}

4.6 知识结构图

下面这张图总结了单次采集的完整流程：

4.7 常见问题与排查

跑完代码，如果发现读数不对，别慌。我列几个常见问题：