ADC 实战：如何精准读取传感器信号

很多开发者在嵌入式项目中都会用到传感器采集信号，无论是温度、光照，还是电压电流测量，都离不开 ADC（模数转换器）。但是，很多人对 ADC 的使用仍停留在“能读就行”的层面，忽略了精度、采样率、参考电压等关键因素。今天，我们就从原理到实战，带你搞懂 ADC，帮你精准读取传感器信号。

 

一、ADC 基础回顾

ADC（Analog-to-Digital Converter）是将连续的模拟信号转换为数字信号的模块，便于 MCU 处理。

• 分辨率：ADC 能输出的数字位数。比如 12 位 ADC 的输出范围是 0~4095，对应参考电压范围。
• 采样率：ADC 每秒能读取多少次信号，单位 Hz。
• 参考电压（Vref）：ADC 将模拟信号映射到数字值的参考电压。

二、如何选择 ADC 通道

STM32 等 MCU 的 ADC 通常带多个通道，用于采集不同的传感器信号。选择时要注意：

1. 信号源的电压范围：确保传感器输出在 Vref 范围内。
2. 通道干扰：避免高频信号或噪声信号靠近 ADC 引脚。
3. 引脚复用：一些 ADC 引脚可能同时有其他外设功能，需要查看手册。

三、ADC 精度优化技巧

1. 稳定参考电压：使用 LDO 或参考芯片，减少 Vref 波动。
2. 信号滤波：在 ADC 输入端加 RC 滤波或低通滤波，降低高频干扰。
3. 多次采样平均：通过软件对多次采样结果取平均，提高测量精度。
4. 降低采样速率：在允许情况下，适当降低 ADC 采样率，减小噪声影响。

四、STM32 ADC 使用实战

假设我们要读取一个光敏电阻的电压值：

1. #include"stm32f1xx.h"
2.  
3. void ADC_Config(void){
4.     RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;// GPIOA 时钟
5.     RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN;// ADC1 时钟
6.  
7.     GPIOA->CRL &=~GPIO_CRL_CNF1;// PA1 模拟输入
8.     GPIOA->CRL &=~GPIO_CRL_MODE1;
9.  
10.     ADC1->SQR3 =1;// 第1个通道
11.     ADC1->SMPR2 |= ADC_SMPR2_SMP1;// 采样时间
12.     ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;// 开启 ADC
13. }
14.  
15. uint16_t ADC_Read(void){
16.     ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;// 启动转换
17. while(!(ADC1->SR & ADC_SR_EOC));
18. return ADC1->DR;
19. }
20.  
21. int main(void){
22.     ADC_Config();
23. while(1){
24. uint16_t value = ADC_Read();
25. // 处理采样值，例如转换为电压或亮度
26. }
27. }

五、多通道采样与 DMA

当你需要同时读取多个传感器信号时，单次轮询效率低，容易拖慢 MCU 主循环。此时可以使用 ADC 的扫描模式 + DMA：

1. 配置 ADC 扫描模式，依次采集多个通道。
2. 配置 DMA，将采样结果自动存储到内存数组中。
3. MCU 只需在数据更新后处理数组，无需频繁轮询。

六、ADC 与实际传感器匹配

不同传感器信号特点不同，需要匹配 ADC 参数：

• 高阻抗传感器（如光敏电阻、电位器）：需要合适的采样电阻或缓冲电路。
• 低幅值信号（如温度传感器）：可通过运放放大，提高 ADC 精度。
• 快速变化信号（如加速度计）：需要更高采样率或使用 DMA 结合中断。

七、常见坑点

1. 忽略 Vref 稳定性：参考电压波动会直接影响采样精度。
2. 采样时间太短：高阻抗输入在短采样时间下可能不稳定。
3. 引脚干扰：ADC 输入邻近高频信号会引入噪声。
4. 单次采样依赖性高：未做多次平均，导致测量抖动明显。

八、小结

通过今天的学习，你应该掌握了：

1. ADC 的基本原理、分辨率和采样率
2. 如何选择 ADC 通道并减少干扰
3. 软件与硬件结合提高 ADC 精度的方法
4. STM32 下 ADC 实战代码示例
5. 多通道采样与 DMA 使用
6. 不同传感器信号与 ADC 匹配策略

掌握这些内容后，你就能在嵌入式项目中精准读取各种传感器信号，为数据处理和控制算法提供可靠输入。