4. ADC采集与校准：从初始化到稳定数据的完整链路

ADC 这玩意儿，说简单也简单，说坑也真不少。我最早用 CH32V203 做电池电压监测时，觉得不就是读个寄存器嘛，结果数据跳得跟心电图似的。后来才明白，ADC 的稳定度不光是代码问题，硬件布局、参考源、采样时序，哪个环节松一点，数据就飘给你看。

这一章，咱们就把 ADC 从初始化到多通道采集，再到校准和滤波，整个链路捋一遍。我会把项目中踩过的坑、试过的方案都摊开来讲。

4.1 ADC初始化与多通道采集

CH32 系列的 ADC 是 12 位逐次逼近型，最高 1Msps。初始化其实不复杂，但有几个细节容易忽略。

4.1.1 基础初始化流程

我个人习惯先把时钟和 GPIO 配好，再配 ADC 核心寄存器。下面是一个典型初始化代码：

void ADC_Init(void)
{
    // 1. 开启ADC时钟和GPIO时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 2. 配置GPIO为模拟输入
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 3. ADC基本配置
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;      // 扫描模式
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; // 连续转换
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3;            // 3个通道
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    // 4. 配置各通道采样时间
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_239Cycles5);
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_239Cycles5);

    // 5. 校准
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

    // 6. 启动
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
}

4.1.2 多通道采集的两种模式

多通道采集，说白了就是 ADC 在多个输入引脚之间切换。CH32 支持两种方式：

我建议：如果通道数不超过 4 个，直接用扫描模式。超过 4 个，要考虑通道间的串扰问题——这个后面会讲。

4.2 采样率与精度权衡

ADC 的采样率和精度，本质上是一对矛盾。你想想看，采样时间越长，电容充电越充分，精度越高，但能采的样本数就越少。

4.2.1 采样时间的影响

CH32 的 ADC 采样时间可配置，从 1.5 个周期到 239.5 个周期。我做过一组对比测试：

4.2.2 实际项目中的选择策略

我在做温湿度传感器项目时，用了这样的策略：

• 温度通道：采样时间 239.5 Cycles，因为温度变化慢，需要精度
• 湿度通道：采样时间 71.5 Cycles，折中方案
• 按键检测：采样时间 7.5 Cycles，只判断高低电平，不需要精度

每个通道单独配采样时间，这是 CH32 的一个实用特性。别偷懒用统一配置。

4.3 参考电压漂移问题

参考电压漂移，是 ADC 精度的大敌。我吃过一次大亏：一个户外设备，白天温度 40℃，晚上 10℃，ADC 采集的电压值漂了 30mV。查了两天才发现是内部参考电压随温度变了。

4.3.1 参考源的选择

CH32 系列提供三种参考源：

4.3.2 软件补偿方法

如果硬件上已经用了内部参考，可以通过软件补偿来减小漂移。思路是：用 ADC 读一个已知精度的内部基准电压（比如 CH32 内部有 1.2V 基准），反推出当前参考电压的实际值。

// 软件补偿参考电压漂移
float ADC_GetCompensatedValue(uint16_t raw_adc)
{
    // 读取内部基准电压通道(通常为通道17)
    uint16_t vrefint_raw = ADC_GetChannelValue(ADC_CHANNEL_VREFINT);
    
    // 已知内部基准电压为1.2V(1200mV)
    // 实际参考电压 = 1200 * 4095 / vrefint_raw
    float actual_vref = 1200.0f * 4095.0f / vrefint_raw;
    
    // 补偿后的实际电压
    float voltage = (float)raw_adc * actual_vref / 4095.0f;
    
    return voltage;
}

这个方法我用了好几年，效果不错。补偿后精度可以从 ±1% 提升到 ±0.3% 左右。

4.4 软件滤波与硬件滤波选择

滤波这件事，硬件和软件各有千秋。我的原则是：能硬件解决的别用软件，能软件解决的别改硬件。

4.4.1 硬件滤波

硬件滤波是在 ADC 输入引脚前加 RC 低通滤波器。优点是实时性好，不占 CPU；缺点是增加了 BOM 成本，而且截止频率固定。

我常用的 RC 参数：

• 一般传感器：R=1kΩ, C=0.1μF，截止频率 ~1.6kHz
• 音频信号：R=100Ω, C=1μF，截止频率 ~1.6kHz
• 电源监测：R=10kΩ, C=10μF，截止频率 ~1.6Hz

4.4.2 软件滤波

软件滤波灵活，但会消耗 CPU 时间。常用的几种：

我个人最常用的是 滑动平均 + 中值滤波 的组合。先做一次 3 点中值剔除异常值，再做 8 点滑动平均。这个组合在工业项目中表现很稳。

#define FILTER_WINDOW 8

uint16_t ADC_SlidingMedianFilter(uint16_t new_sample)
{
    static uint16_t buffer[FILTER_WINDOW];
    static uint8_t index = 0;
    uint16_t temp[FILTER_WINDOW];
    uint16_t median;
    
    // 更新缓冲区
    buffer[index++] = new_sample;
    if(index >= FILTER_WINDOW) index = 0;
    
    // 复制并排序
    memcpy(temp, buffer, sizeof(temp));
    // 简单冒泡排序(窗口小，够用)
    for(uint8_t i = 0; i < FILTER_WINDOW - 1; i++) {
        for(uint8_t j = 0; j < FILTER_WINDOW - 1 - i; j++) {
            if(temp[j] > temp[j+1]) {
                uint16_t t = temp[j];
                temp[j] = temp[j+1];
                temp[j+1] = t;
            }
        }
    }
    
    // 取中值
    median = temp[FILTER_WINDOW / 2];
    
    return median;
}

4.4.3 如何选择

我的决策流程是这样的：

1. 先看噪声频率：如果是 50Hz 工频干扰，硬件滤波更直接
2. 再看 CPU 余量：如果 CPU 空闲率 > 50%，用软件滤波；否则加硬件
3. 最后看成本：量产产品，能省一个电容就省一个

4.5 本章知识结构

下面这张图把 ADC 采集与校准的核心链路画出来了，从初始化到最终输出稳定数据，每一步都有对应的技术点：

从这张图可以看得很清楚：ADC 的稳定数据不是靠某一个环节，而是从初始化到滤波的完整链路。每个环节都有对应的技术选择和权衡点。