【西门子杯工业嵌入式-6-ADC采样基础】

链接: B站视频

一、ADC基础知识

ADC（Analog-to-Digital Converter）：将模拟信号转换为数字信号的器件。

模拟世界与数字世界的桥梁：

温度、光线、声音、压力等信号是模拟的；

MCU只能处理数字信号，ADC是必不可少的中间环节。

二、GD32F470 ADC的硬件特性

1.供电设计：

使用专门的模拟电源 VDDA（一般为3.3V），地为 VSSA；

要求供电稳定、低噪声，避免数字电路干扰；

可使用滤波电容进行电源净化。

2.参考电压：

参考电压是ADC转换的“尺子”，可使用内部或外部参考源；

精度高的应用需选择稳定高精度参考电压；

不稳定的参考电压会直接影响ADC精度。

3.输入通道与特性：

最多支持16个外部通道；

支持内部温度传感器、电池电压等测量；

输入范围为0~参考电压；

采样阶段输入阻抗较低，转换阶段则较高。

4.触发方式：

软件触发、定时器触发、外部触发；

根据应用需求选择：例如定时采样或响应外部事件。

5.分辨率与精度：

GD32F470支持12位ADC：4096个等级；

假设参考电压3.3V，理论分辨率约为0.8mV；

分辨率越高，采样速度越低，需权衡使用。

三、抗噪声与滤波处理

1.多次采样 + 平均值滤波

有效抑制随机噪声；

平均次数可配置（如2、4、8、16、64等）；

适用于缓变信号或噪声较大的环境；

代价是采样速度降低（如8次平均，转换时间增加8倍）。

2.滤波的限制

快速变化信号 → 失真；

周期性噪声 → 可能无效甚至加强噪声；

系统偏差 → 不能通过平均值滤波修正。

四、ADC采样程序开发（不使用DMA）

1.GPIO和ADC初始化：

开启GPIOC和ADC0时钟；

配置 PC0 为模拟输入模式；

设置ADC通道（通道10）采样时间；

使用 定时器触发 启动ADC采样。

void ADC_port_init(void)
{rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOC);   // GPIOC时钟使能rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC0);    // 使能ADC时钟gpio_mode_set(GPIOC, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_0);   // 配置PC0为模拟输入adc_clock_config(ADC_ADCCK_PCLK2_DIV8);   // adc时钟配置ADC_Init();  // ADC配置adc_software_trigger_enable(ADC0, ADC_ROUTINE_CHANNEL); //  规则采样软件触发}

2.ADC功能配置：

启用连续转换模式；

设置结果右对齐；

配置规则组通道；

校准ADC，提高精度。

void ADC_Init(void)
{adc_deinit();    // 复位ADCadc_special_function_config(ADC0, ADC_CONTINUOUS_MODE, ENABLE);    	// 使能连续转换模式adc_data_alignment_config(ADC0, ADC_DATAALIGN_RIGHT);   			// 数据右对齐 adc_channel_length_config(ADC0, ADC_ROUTINE_CHANNEL, 1);  			// 通道配置，规则组adc_routine_channel_config(ADC0, 0, ADC_CHANNEL_10, ADC_SAMPLETIME_56);   // 对规则组进行配置adc_external_trigger_source_config(ADC0, ADC_ROUTINE_CHANNEL, ADC_EXTTRIG_INSERTED_T0_CH3);   // ADC 触发配置，利用定时器触发adc_external_trigger_config(ADC0, ADC_ROUTINE_CHANNEL, ENABLE);   							  // 启用触发adc_enable(ADC0);   		// 使能ADC接口delay_1ms(1);  				// 等待1msadc_calibration_enable(ADC0);    // ADC校准和复位ADC校准
}

3.采样逻辑

在 while(1) 循环中：

清除转换完成标志；

等待转换完成；

读取ADC值并进行电压换算；

打印结果；

滑动变阻器连接3.3V和GND，模拟不同电压输入。

void UsrFunction(void)
{printf("CIMC Sys Init\r\n");while(1){adc_flag_clear(ADC0,ADC_FLAG_EOC);  				//  清除结束标志while(SET != adc_flag_get(ADC0,ADC_FLAG_EOC)){}  	//  获取转换结束标志adc_value = ADC_RDATA(ADC0);    					// 读取ADC数据Vol_Value = adc_value*3.3/4095;  					// 把数字量转化为工程量printf("Adc_Value=%d	Vol_Value%.2f V\r\n",adc_value, Vol_Value);   // 结果打印delay_1ms(1000);  //  等待10ms}
}

五、应用拓展建议

对测量结果进行更进一步的滤波和补偿处理；

对温度、光照等信号进行数学模型转换；

更高效的方式可使用 DMA方式 读取数据，提高系统效率。

六、结语

本节课我们学习了GD32F470片上ADC的基本原理、配置方法和实际编程使用流程。掌握ADC的使用是嵌入式开发的重要能力，建议同学们多加练习，理解其中的硬件与软件的协同机制。