很多開發(fā)者在嵌入式項(xiàng)目中都會(huì)用到傳感器采集信號(hào)，無論是溫度、光照，還是電壓電流測(cè)量，都離不開 ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）。但是，很多人對(duì) ADC 的使用仍停留在“能讀就行”的層面，忽略了精度、采樣率、參考電壓等關(guān)鍵因素。今天，我們就從原理到實(shí)戰(zhàn)，帶你搞懂 ADC，幫你精準(zhǔn)讀取傳感器信號(hào)。

一、ADC 基礎(chǔ)回顧

ADC（Analog-to-Digital Converter）是將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模塊，便于 MCU 處理。

• 分辨率：ADC 能輸出的數(shù)字位數(shù)。比如 12 位 ADC 的輸出范圍是 0~4095，對(duì)應(yīng)參考電壓范圍。
• 采樣率：ADC 每秒能讀取多少次信號(hào)，單位 Hz。
• 參考電壓（Vref）：ADC 將模擬信號(hào)映射到數(shù)字值的參考電壓。

二、如何選擇 ADC 通道

STM32 等 MCU 的 ADC 通常帶多個(gè)通道，用于采集不同的傳感器信號(hào)。選擇時(shí)要注意：

1. 信號(hào)源的電壓范圍：確保傳感器輸出在 Vref 范圍內(nèi)。
2. 通道干擾：避免高頻信號(hào)或噪聲信號(hào)靠近 ADC 引腳。
3. 引腳復(fù)用：一些 ADC 引腳可能同時(shí)有其他外設(shè)功能，需要查看手冊(cè)。

三、ADC 精度優(yōu)化技巧

1. 穩(wěn)定參考電壓：使用 LDO 或參考芯片，減少 Vref 波動(dòng)。
2. 信號(hào)濾波：在 ADC 輸入端加 RC 濾波或低通濾波，降低高頻干擾。
3. 多次采樣平均：通過軟件對(duì)多次采樣結(jié)果取平均，提高測(cè)量精度。
4. 降低采樣速率：在允許情況下，適當(dāng)降低 ADC 采樣率，減小噪聲影響。

四、STM32 ADC 使用實(shí)戰(zhàn)

假設(shè)我們要讀取一個(gè)光敏電阻的電壓值：

1. #include"stm32f1xx.h"
3. voidADC_Config(void){
4. RCC->APB2ENR|=RCC_APB2ENR_IOPAEN;// GPIOA 時(shí)鐘
5. RCC->APB2ENR|=RCC_APB2ENR_ADC1EN;// ADC1 時(shí)鐘
7. GPIOA->CRL&=~GPIO_CRL_CNF1;// PA1 模擬輸入
8. GPIOA->CRL&=~GPIO_CRL_MODE1;
10. ADC1->SQR3=1;// 第1個(gè)通道
11. ADC1->SMPR2|=ADC_SMPR2_SMP1;// 采樣時(shí)間
12. ADC1->CR2|=ADC_CR2_ADON;// 開啟 ADC
13. }
15. uint16_tADC_Read(void){
16. ADC1->CR2|=ADC_CR2_ADON;// 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換
17. while(!(ADC1->SR&ADC_SR_EOC));
18. returnADC1->DR;
19. }
21. intmain(void){
22. ADC_Config();
23. while(1){
24. uint16_tvalue=ADC_Read();
25. // 處理采樣值，例如轉(zhuǎn)換為電壓或亮度
26. }
27. }

五、多通道采樣與 DMA

當(dāng)你需要同時(shí)讀取多個(gè)傳感器信號(hào)時(shí)，單次輪詢效率低，容易拖慢 MCU 主循環(huán)。此時(shí)可以使用 ADC 的掃描模式 + DMA：

1. 配置 ADC 掃描模式，依次采集多個(gè)通道。
2. 配置 DMA，將采樣結(jié)果自動(dòng)存儲(chǔ)到內(nèi)存數(shù)組中。
3. MCU 只需在數(shù)據(jù)更新后處理數(shù)組，無需頻繁輪詢。

六、ADC 與實(shí)際傳感器匹配

不同傳感器信號(hào)特點(diǎn)不同，需要匹配 ADC 參數(shù)：

• 高阻抗傳感器（如光敏電阻、電位器）：需要合適的采樣電阻或緩沖電路。
• 低幅值信號(hào)（如溫度傳感器）：可通過運(yùn)放放大，提高 ADC 精度。
• 快速變化信號(hào)（如加速度計(jì)）：需要更高采樣率或使用 DMA 結(jié)合中斷。

七、常見坑點(diǎn)

1. 忽略 Vref 穩(wěn)定性：參考電壓波動(dòng)會(huì)直接影響采樣精度。
2. 采樣時(shí)間太短：高阻抗輸入在短采樣時(shí)間下可能不穩(wěn)定。
3. 引腳干擾：ADC 輸入鄰近高頻信號(hào)會(huì)引入噪聲。
4. 單次采樣依賴性高：未做多次平均，導(dǎo)致測(cè)量抖動(dòng)明顯。

八、小結(jié)

通過今天的學(xué)習(xí)，你應(yīng)該掌握了：

1. ADC 的基本原理、分辨率和采樣率
2. 如何選擇 ADC 通道并減少干擾
3. 軟件與硬件結(jié)合提高 ADC 精度的方法
4. STM32 下 ADC 實(shí)戰(zhàn)代碼示例
5. 多通道采樣與 DMA 使用
6. 不同傳感器信號(hào)與 ADC 匹配策略

掌握這些內(nèi)容后，你就能在嵌入式項(xiàng)目中精準(zhǔn)讀取各種傳感器信號(hào)，為數(shù)據(jù)處理和控制算法提供可靠輸入。