【STM32专题】深入ADC外设：从SAR原理到CubeMX配置多通道DMA采集实战（基于F103C8T6）

本文以STM32F103C8T6为例，详细讲解ADC(模数转换器)的应用开发。首先介绍12位SARADC的工作原理和关键参数，重点说明时钟分频(不超过14MHz)和采样时间设置等注意事项。随后通过两个实战案例：单通道轮询采集电位器电压和多通道DMA采集(含内部温度传感器)，对比不同采集模式的优缺点。文中提供了完整的CubeMX配置步骤和代码实现，并给出电压换算公式和常见问题解决方案。最后强调DMA

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1144人浏览 · 2026-02-27 10:00:07

2301_76633800 · 2026-02-27 10:00:07 发布

摘要：在嵌入式开发中，传感器是感知世界的“五官”，而 ADC（模数转换器） 则是将这些模拟信号（电压、温度、光照）转化为单片机能听懂的数字信号的“翻译官”。
本文将以 STM32F103C8T6 为核心，拒绝枯燥的寄存器手册，通俗讲解 SAR ADC 的工作原理，手把手教你使用 STM32CubeMX 配置单通道与多通道扫描，并对比 查询模式（Polling） 与 DMA模式 的实战代码区别。附带电压换算公式与常见避坑指南。

一、 ADC 的“前世今生”：核心原理通俗解

1.1 为什么要用 ADC？

我们的单片机是数字芯片，它只认识 0 (0V) 和 1 (3.3V)。但现实世界是模拟的，比如电池电压是 2.5V，光敏电阻的电压是 1.2V。
ADC（Analog-to-Digital Converter）的作用就是把这些连续变化的电压值，量化成离散的数字值。

1.2 STM32F103 的 ADC 特性

STM32F103C8T6 内部集成了 2 个 12位 ADC（ADC1 和 ADC2），共有 10 个外部通道。

12位精度：意思是它把 0V ~ 3.3V 的电压切成了 2^12=4096。
- 最小分辨率 = 3.3V/4096≈0.8mV。
转换速度：最快 1us 一次（1MHz）。
输入范围：0≤VIN≤VREF+（通常是 3.3V）。

1.3 核心原理：SAR（逐次逼近型）

STM32 的 ADC 属于 SAR（Successive Approximation Register） 类型。
通俗理解：
想象你在玩“猜数字”游戏，数字范围是 0-4095，你必须用最少的次数猜对。

ADC 先猜中间值 2048（2.5V的一半）。
如果实际电压 > 猜的电压，ADC 就保留 1，猜下一个高位。
如果实际电压 < 猜的电压，ADC 就填 0，猜下一个低位。
经过 12 次比较（因为是 12 位），最终确定数字。

这就是为什么 ADC 转换需要时间（采样时间 + 转换时间）。

二、关键参数与“避坑指南”（非常重要）

在配置 CubeMX 之前，必须理解这几个概念，否则代码跑不起来：

2.1 ADC 时钟（ADCCLK）

【坑点 1】：STM32F103 的 ADC 时钟最大不能超过 14MHz！

系统主频通常是 72MHz。
ADC 挂载在 APB2 总线上。
如果不分频，72MHz 直接给 ADC，芯片会罢工或数据乱跳。
正确做法：必须设置分频系数为 6分频 (12MHz) 或 8分频 (9MHz)。

2.2 采样时间 (Sampling Time)

这是 ADC 对内部电容充电的时间。

信号源内阻大（如光敏电阻）：需要长采样时间（如 239.5 Cycles），否则电压充不满，读数偏小。
信号源内阻小（如运放输出）：可以用短采样时间（如 1.5 Cycles），速度更快。

2.3 左对齐 vs 右对齐

右对齐（Right Alignment）：（推荐） 12位数据存在 16位寄存器的低12位，直接读就是真实值。
左对齐：通常用于只需要 8 位精度的场景（直接读高8位）。

三、实战一：单通道轮询采集（测量电位器电压）

我们先从最简单的开始：使用 CPU 傻等（Polling）方式读取 PA1 引脚的电压。

3.1 CubeMX 配置步骤

引脚设置：
- 点击 PA1 -> 选择 ADC1_IN1。

ADC配置 (Analog -> ADC1)：
- Mode：勾选 IN1。
- Configuration -> Parameter Settings：
  - Data Alignment: Right (右对齐)。
  - Scan Conversion Mode: Disable (只测一个，不用扫描)。
  - Continuous Conversion Mode: Enable (开启后，它会不停地采集，不用每次都按开始键)。
  - Discontinuous Conversion Mode: Disable。

时钟配置 (Clock Configuration)：
- 重点：找到 ADC Prescaler，设置为 /6 (12MHz) 或 /8 (9MHz)。千万别选 /2 或 /4！

时钟源选择外部晶振

生成代码。

3.2 代码编写

在 main.c 中添加变量和逻辑：

/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t ADC_Value = 0;   // 存放原始值 (0-4095)
float Voltage = 0.0;      // 存放换算后的电压
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 2 */
// 1. 开启 ADC 自校准 (建议加上，提高精度)
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
// 2. 启动 ADC 转换
HAL_ADC_Start(&hadc1);
/* USER CODE END 2 */

/* USER CODE BEGIN 3 */
while (1)
{
    // 3. 等待转换完成 (轮询方式，第二个参数是超时时间)
    if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10) == HAL_OK)
    {
        // 4. 获取原始值
        ADC_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
        
        // 5. 换算电压： V = (ADC / 4095) * 3.3
        Voltage = (float)ADC_Value / 4095.0 * 3.3;
        
        // 打印调试 (需要重定向printf)
        // printf("ADC: %d, Vol: %.2fV\r\n", ADC_Value, Voltage);
    }
    HAL_Delay(100);
}
/* USER CODE END 3 */

四、实战二：多通道 DMA 采集（进阶必备）

痛点：如果你要同时测 4 个传感器，用上面的轮询法，CPU 就要一直等 ADC 忙完，效率极低。
解法：DMA (Direct Memory Access)。让 DMA 搬运工在后台把 ADC 数据直接搬到内存数组里，CPU 只要去数组里取现成的数就行了！

4.1 CubeMX 配置步骤

假设我们要测两个通道：PA1 (电位器) 和 内部温度传感器。

ADC设置：
- Mode：勾选 IN1 和 Temperature Sensor Channel。

- Parameter Settings：
  - 找到 ADC_Regular_ConversionMode（规则组转换模式）这一栏。
  - 找到 Number of Conversion（转换数量）。它现在的默认值肯定是 1。
  - 手动把 1 改成 2（或者你勾选的通道总数）
  - Scan Conversion Mode: Enabled (自动开启，因为选了多通道)。
  - Continuous Conversion Mode: Enabled (不停地轮询扫描)。
  - DMA Continuous Requests: Enabled (关键！让 DMA 也不停地搬运)。

- - Rank (采样顺序)：
    - Rank 1: Channel 1 (PA1)。
    - Rank 2: Temperature Sensor。
    - 注意：温度传感器采样时间建议设最大 (239.5 Cycles)。
DMA设置 (System Core -> DMA)：
- 点击 Add -> Select ADC1。
- Mode: Circular (循环模式，这很重要，否则搬运一次就停了)。
- Data Width: Half Word (16bit)，因为 ADC 数据是 12位的，需要用 16位存。
- Memory Increment: 勾选 (每次搬运后，内存地址+1，存到数组下一个位置)。

4.2 代码编写

无需在 while(1) 里写任何 ADC 代码，全自动！

/* USER CODE BEGIN PV */
// 定义一个数组存放数据，长度=通道数
uint16_t ADC_DMA_Buffer[2]; 
// Buffer[0] 存放 PA1 电位器
// Buffer[1] 存放 内部温度
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);

// 启动 ADC 的 DMA 模式
// 这里的参数是：句柄、接收数组地址、数据长度
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)ADC_DMA_Buffer, 2);
/* USER CODE END 2 */

/* USER CODE BEGIN 3 */
while (1)
{
    // 直接读数组就是最新数据！CPU 零负担！
    float vol_pa1 = (float)ADC_DMA_Buffer[0] / 4095.0 * 3.3;
    
    // STM32F103 内部温度计算公式 (V25=1.43V, Avg_Slope=4.3mV/C)
    // Temp = (V25 - V_sense) / Avg_Slope + 25
    float vol_temp = (float)ADC_DMA_Buffer[1] / 4095.0 * 3.3;
    float temperature = (1.43 - vol_temp) / 0.0043 + 25.0;
    
    // printf("Vol: %.2f V, Temp: %.1f C\r\n", vol_pa1, temperature);
    
    HAL_Delay(500);
}
/* USER CODE END 3 */