单片机AD转换

封面图 • 2025-12-11 • 嵌入式

单片机的 **AD转换**（Analog-to-Digital Conversion，模拟到数字转换）是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。在单片机系统中，AD转换常用于采集传感器、温度、电压等模拟量信息，并将其转化为单片机可以处理的数字数据。

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## 一、AD转换的基本概念

### 1. AD转换器（ADC）
- 一种电子电路，将输入的模拟电压转换为对应的数字值。
- 常见的有：8位、10位、12位、16位等分辨率。
- 分辨率越高，精度越高，但转换时间也越长。

### 2. 量化误差
- AD转换过程中，模拟信号被“离散化”，会引入一定的误差，称为**量化误差**。

### 3. 采样率
- 每秒进行AD转换的次数，单位为Hz。
- 根据奈奎斯特定理，采样率至少应为信号最高频率的两倍。

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## 二、单片机中的AD转换功能

许多单片机（如STM32、ATmega、PIC、MSP430、51单片机等）都内置了ADC模块。

### 以STM32为例：

#### 1. ADC配置步骤：
- 开启ADC时钟
- 配置ADC通道（选择要转换的引脚）
- 设置ADC工作模式（单次/连续转换）
- 配置ADC分辨率（如12位）
- 启动ADC并读取结果

#### 2. 示例代码（基于STM32 HAL库）：

```c
// 初始化ADC
ADC_HandleTypeDef hadc;

void ADC_Init(void) {
    hadc.Instance = ADC1;
    hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCKPRESCALER_PCLK_DIV2;
    hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
    hadc.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc.Init.ExternalTrigConv = ADC_EXTERNALTRIGCONV_T1_TRGO;
    hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc.Init.NbrOfConversion = 1;
    HAL_ADC_Init(&hadc);
}

// 读取ADC值
uint16_t Read_ADC(void) {
    uint16_t adc_value;
    HAL_ADC_Start(&hadc);
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, 100);
    adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc);
    return adc_value;
}
```

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## 三、AD转换的应用场景

| 应用场景 | 说明 |
|---------|------|
| 温度检测 | 使用热敏电阻或数字温度传感器 |
| 电压监测 | 监控电池电压、电源电压等 |
| 光强检测 | 使用光敏电阻或光电传感器 |
| 音频采集 | 将声音信号转为数字信号 |
| 控制反馈 | 如电机转速、位置等模拟量反馈 |

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## 四、AD转换的注意事项

1. **参考电压（Vref）**：确保ADC的参考电压稳定。
2. **输入范围**：确保输入的模拟电压在ADC的输入范围内（如0~3.3V）。
3. **滤波处理**：对输入信号进行滤波，减少噪声影响。
4. **校准**：部分ADC支持校准功能，提高精度。
5. **采样率与精度平衡**：高精度需要更多采样时间。

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## 五、常见问题

### Q1: ADC读数不稳定怎么办？
- 可能原因：输入信号噪声大、参考电压不稳、未进行滤波。
- 解决方法：加电容滤波、使用低通滤波器、软件平均处理。

### Q2: ADC无法读取数值？
- 可能原因：ADC未正确初始化、通道配置错误、GPIO未设置为模拟输入。
- 解决方法：检查ADC初始化代码和GPIO配置。

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## 六、AD转换相关术语

| 术语 | 说明 |
|------|------|
| LSB | 最小有效位，表示ADC的最小分辨单位 |
| SAR | 逐次逼近型ADC，常用结构 |
| Delta-Sigma | 高精度ADC，常用于音频和工业测量 |
| Oversampling | 过采样，提高信噪比和分辨率 |

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如果你有具体的单片机型号（如STM32、51、Arduino等），我可以提供更详细的AD转换代码和配置方法。欢迎继续提问！