【STM32 + CubeMX】 ADC 多通道采集配置与代码实现 -- F407篇

本文介绍了基于STM32F4的ADC多通道采集实现方法。通过CubeMX配置ADC模块，采用DMA循环传输模式，实现3路模拟电压信号的自动采集与转换。文章详细讲解了ADC的基本原理、STM32内置ADC的特性（12位分辨率、0-3.3V输入范围、最高2.4MSPS采样率），并给出了CubeMX的具体配置步骤，包括通道选择、DMA参数设置和采样时间调整。代码实现部分重点展示了如何通过数组缓存和HAL

【 STM32开发】

5647人浏览 · 2025-09-14 15:01:07

【 STM32开发】 · 2025-09-14 15:01:07 发布

本文使用STM32F407作示范，通过 CubeMX 配置ADC多通道 + DMA传输, 然后, 代码读取转换值 ！实现多路模拟电压信号的采集，最后通过串口将结果输出到电脑端显示。

一、什么是ADC

ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器），是一种将外部连续的模拟信号（通常是电压）转换为单片机可处理的数字信号的关键模块。它是嵌入式系统与现实物理世界交互的重要桥梁。

简单来说，ADC 的核心功能是对电压进行精确测量。

示例说明1：电池电量检测
手机在运行过程中需持续测量锂电池的电压，并根据电压变化按一定比例估算剩余电量，从而实现电量显示与节能管理。

示例说明2：光敏自动控制
通过光敏电阻电路可将环境光线强度转换为电压信号（光线越弱，电压越高）。ADC 实时采集该电压，并将其转换为数字值（如 0~4095）。
程序通过判断该数值是否超过设定阈值，即可触发相应操作，例如：“环境变暗，自动开启灯光”。

这类应用体现了ADC 的核心作用：将现实世界中的模拟信号转换为可编程处理的数字信号，实现基于物理状态的自动化响应。

二、STM32 内置ADC 概述

对于高精度信号采集（如人体生物电信号），通常需采用独立的ADC芯片与运放搭建前端电路，以满足其在噪声、分辨率和动态范围等方面的严格需求。

而在一般精度应用场合（如小车电池电压检测或电子秤），STM32等微控制器内置的ADC模块已具备足够性能，能够满足常规项目的测量要求。

下文将针对STM32内置ADC模块进行介绍。

1、电压采集范围

有效输入范围：0 ~ 3.3V
更准确地说，应满足：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。在大多数的设计中，VREF- 接地 (0V), VREF+接3.3V。

请特别地注意：

ADC的调试，是除了电机外，最容易烧芯片的操作之一！

绝对不能直接采集 0~3.3V 以外的电压！负1V不行、正5V也不行，必须0~3.3V。

负电压: 搭建外部电路，把负电压抬升至0~3.3V

高于3.3V: 搭建分压电路，把高于3.3V的电压降至0~3.3V范围

微弱信号：如uV、mV级的人体信号，搭建运放电路，放大数百倍+滤波，把满幅量程靠近3.3V。

2、分辨率与精度

分辨率：12位 ; 输出数字量范围 0~4095;
精度：实测误差通常在 0.5% 左右。实际精度受供电质量、PCB 布局、参考电压稳定性等因素影响。

3、转换速度

最高采样率：2.4 MSPS（每秒百万次采样)。该速度是在ADC时钟配置为36MHz时实现的。
很多新手总爱瞎怼采样率，觉得越高就越“实时”。其实对大部分项目，ADC 每秒采样百次左右，已经绰绰有余——你得平衡单片机那紧张的运行资源：代码处理得过来，响应也完全跟得上，够用，稳定，才是正经。

4、通道与引脚

19个通道；可测量16个外部信号 + 3个内部信号源（温度传感器、内部参考电压等）
大部份STM32芯片，通常包含 3 个 ADC 单元（ADC1、ADC2、ADC3）
ADC1 、ADC2 具有相同的外部通道引脚映射。ADC3 略有不同，请以所用芯片为准。

为什么相同的引脚，要设计成三组ADC？

很多人会好奇，通道的引脚大部分是相同的，为什么要设计成两个、三个ADC？

是为了实现：并行、高速、协同 的工作模式！

如，三相电机控制、多通道示波器、振动分析、电力系统中的谐波分析等等。

刚玩时无需死磕，当某天做项目有了真实需求时，方能理解这种设计的意义所在。

三、使用 CubeMX 配置ADC

CubeMX 的设计初衷是减少不同芯片间的配置差异，实现"一套配置，多芯片通用"。

然而在 ADC 配置上，各型号芯片存在显著差异！

即使是同属 F 系列的 STM32F103 与 STM32F407，其 ADC 配置结构和 DMA 配置也诸多不同，无法直接通用。

因此，本文内容仅针对 STM32F4 进行适配和验证。其他型号（如 F103、H750 等）仅能作对比参考，请勿直接套用！

3-1、新建工程

若你已有现成的CubeMX工程，打开ioc文件即可在CubeMX里进行ADC功能的添加、配置。

如果打算新建工程进行测试，本文不啰嗦新建的过程，可参考下面文章：

【新建 STM32F407VE 工程】

另外，文中将用到 printf，把ADC采集数据，输出到电脑串口助手进行观察。

如果你的工程中，没有提前做好printf的重定向，使用printf时，程序的运行将卡死。

具体操作，可参考下面文章：

【 UART1 串口通信、printf重定向输出】

3-2、启用ADC通道

具体操作，如下图所示：

打勾需要的通道，即可启用此通道。

若通道显示为红色，表示该引脚已被分配其它功能使用，不可选。

如下图所示，本篇以3个ADC通道为例进行配置（只要引脚空闲，您可自由选择任意可用通道）。

3-3、 DMA传输参数配置

具体操作，如下图所示：

Mode (模式)：选择 Circular，即循环模式。实现持续自动传输。

Peripheral - Increment Address (外设地址增量）：不勾选。ADC数据寄存器地址固定，无需递增。

Memory - Increment Address（内存地址增量）：勾选。使多个通道的转换数据依次存入用户数组。

Data Width（数据宽度）： Half Word（16位）。适用于F/G系列12位ADC、H系列16位ADC。

获取ADC转换结果通常有三种方式：阻塞查询、中断触发和DMA传输。

不必纠结哪种方式更好——闭眼选DMA就对了！

用DMA循环模式，能覆盖绝大多数应用场景。代码简洁、效率高，CPU占用资源极少，堪称ADC采集的“最优解”👍。

3-4、ADC 工作参数配置

具体操作，如下图所示：

重点关注 3个工作模式设置 + 通道数量配置；

通过配置Rank组的参数，可以灵活设置各通道的采样顺序、采样时间长度。

4个参数说明：

参数	功能	备注
Scan Conversion Mode	扫描模式	Disable-1个通道、Enabled-多个通道扫描
Continuous Conversion Mode	连续转换模式	Enabled：持续自动转换
DMA Continuous Requests	DMA连续请求	Enabled：使用DMA传输
Number Of Conversion	转换通道数量	打勾了几个通道，这里就填几个

Rank配置说明：

当在"Number Of Conversion"中设置了N个转换通道后，系统会自动生成N组Rank配置项。
Rank 的作用：决定通道的采样顺序、设置对应通道的采样时间。
采样时间说明：单位：ADC时钟周期数。建议选择最大值以获得更高精度。示例：36MHz时钟下，480个周期约13us。
ADC工作时，将按Rank顺序依次采样：先完成Rank1指定通道的采样，再进行Rank2、Rank3...，直至完成所有通道采样。
重要提醒：每次ADC配置时，必须手动设置每个Rank的采样时间和通道顺序参数，否则可能导致采样异常！

3-5、生成工程配置

ADC模块的配置已全部完成。

具体操作，如下图所示：

点击"Generate Code"，生成工程代码即可。

四、代码实现读取ADC转换结果

使用CubeMX配置完成后，读取ADC转换结果只需三步：

创建数组，作为DMA缓存及结果存储区：uint16_t adcValue[3]; // 示例为3个通道
启动ADC转换与DMA传输：HAL_ADC_Start_DMA (&hadc1, (uint32_t*)adcValue, 3);
直接读取数组即可获取各通道转换结果（注意：此为原始ADC值，非电压值）

网上许多教程罗列大量函数：

HAL_ADC_Start、

HAL_ADC_Stop、

HAL_ADC_Start_IT 等......

不必纠结这些！

采用本文的 "1个数组+1个函数" 方案，虽非最优，但能覆盖绝大多数应用场景，代码简洁、稳定可靠！

1、创建缓存数组

创建一个数组，作为DMA传输的缓存区。

ADC转换完成后，DMA会自动将各通道的转换结果存入该数组。

具体操作：

打开main.c (或者在其它需要调用ADC功能的源文件)，添加以下数组定义;

uint16_t adcValue[3] = { 0 }; // 数组大小与启用通道数保持一致；单通道则改 1

完成后，是下图这个样子：

数组定义说明

数组名称：可自定义，按喜好命名即可；
数据类型：uint16_t。DMA配置时数据宽度是Half Word，即16位。通用12、16位ADC；
数组长度：通道数的倍数。本篇示范是3个通道，所以这里设置为3。平均值过滤法提示：通过设置数组长度为通道数的倍数，并调整HAL_ADC_Start_DMA()的第三个参数（传输数据量），可存储每个通道的多次采样值，便于后续求取平均值，实现最简单的滤波效果。如 uint16_t adcValue[30] = {0}，即为保存每个通道采样10次的结果（3通道×10次）。

2、调用函数，启动ADC与DMA传输

STM32绝大部分型号（如F1、H7 等），在启动 ADC 转换前需要调用校准函数执行校准操作，以确保采样精度。

F4 系列是一个例外。其 ADC 模块在上电后无需手动校准即可直接工作。

因此，对于 STM32F407，在完成配置后，可直接开启 ADC 及 DMA 传输：

具体操作：

在 main.c 的合适位置（如用户代码区）, 调用下行的启动函数；

HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adcValue, 3);

函数说明：HAL_ADC_Start_DMA()

参数详解

参数1：ADC 句柄。可理解为ADC设备的操作指针，需传入结构体地址 &hadc1。
参数2：目标缓冲区地址。因DMA需要32位指针，需对16位数组进行强制类型转换 (uint32_t*)adcValue。
参数3：传输数据长度。填写转换通道数（或其整数倍）。

工作流程
调用此函数后，ADC与DMA将自动协同工作：

ADC按Rank顺序循环采样各通道，并不断循环该过程。
DMA 自动将转换结果搬运至 adcValue 数组。新数据持续覆盖旧值。
数组中数据顺序，与 CubeMX 中配置的 Rank顺序完全一致。

调用函数后，ADC进入自动工作状态，我们只需直接读取 adcValue 数组即可获取最新转换值。

4、读取转换结果

如上所述，调用 HAL_ADC_Start_DMA() 启动后，ADC转换结果会自动存入数组 adcValue[ ] 中。

需要使用时，直接读取数组对应位置的值即可。

例如要获取通道2（PA2）的转换值，只需读取 adcValue[2]（数组索引从0开始）。

具体操作：

在main.c的while循环中添加以下代码，实现每隔0.5秒printf一次 ADC 3个通道的转换值：

/** 延时间隔 **/
HAL_Delay(1-1);

/** 规律地闪烁LED **/
static uint32_t ledTimes = 0;
if (++ledTimes % 500)
{
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_5);
}

/** 每500ms读取一次转换结果 **/
static uint32_t adcTimes = 0;
if (++adcTimes % 500 == 0)
{
    printf("IN0(PA0) = %04d     ", adcValue[0]);
    printf("IN1(PA1) = %04d     ", adcValue[1]);
    printf("IN2(PA2) = %04d   \r", adcValue[2]); 
}

编写完成后，是这样子的：

提示1：关于延时参数为何 -1？
这与系统 tick 计数方式和调度机制有关。若想深入了解，可另行搜查资料：“HAL_Delay 偏差”或“RTOS tick 补偿”。目前只需记住：“-1”能让实际延时更接近预期值。

提示2：为何要闪烁 LED？
这是一种简单高效的调试手段！通过观察 LED 是否按预期闪烁，可快速判断程序是否正常运行。若 LED 不闪或闪烁异常，往往意味着程序卡死或逻辑错误。

提示3：IN0 、PA0、adcValue[0] 有什么特殊关系吗？

纯属巧合！三者均为“0”只是配置时的偶然，并无内在关联。需注意：

通道与引脚的对应关系，是固定的。如 IN9 只能对应 PB1，在第二部分中已附图表；
通道与数组位置的对应关系，由 CubeMX 中 Rank 的设置顺序决定；

提示4：最初曾考虑使用 IN7(PA7)、IN9(PB1) 、IN12(PC2) 等通道以避免混淆，但最终仍选择 IN0、IN1、IN2！正是为了强调容易引发的混淆：引脚、通道、数组索引之间没有额外的隐藏规则，一切依赖配置。

代码已完成!

接下来，我们准备编译、烧录，检验操作效果了。

具体操作：

打开串口助手

PA0，用杜邦线，接GND，即0V (预期的ADC采集结果是 0);

PA1、PA2, 用杜邦线，接3.3V排针 (预期的ADC采集结果是 4095);

编译并下载程序

串口助手已经成功输出ADC采集数据！

结果也如预期所料：GND(0V)对应0值，3.3V对应着满量程的4095。

你也可以用一节干电池（5号电池、1.7V）进行测试，GND接电池负极，PA0接电池正极。

五、ADC值转换为电压值

为了数据上更直观，可以把ADC值用代码换算成对应的电压值。

由于 0V 对应ADC值 0，满量程的 3.3V 对应ADC值4095。

那么，我们可以用公式：(ADC值÷4095) x 3.3，即可把ADC值转化为对应比例的的电压值。

具体操作：

在刚才写的ADC读取代码下方，增加以下代码：

float vol_0 = ((float)adcValue[0] / 4095) * 3.3;  // 把通道0的ADC值，按比例计算成电压值
float vol_1 = ((float)adcValue[1] / 4095) * 3.3;  // 把通道1的ADC值，按比例计算成电压值
float vol_2 = ((float)adcValue[2] / 4095) * 3.3;  // 把通道2的ADC值，按比例计算成电压值            
            
printf("IN0(PA0) = %3.2fV    ",  vol_0);          // printf 通道0 所采集到的电压值
printf("IN1(PA1) = %3.2fV    ",  vol_1);          // printf 通道1 所采集到的电压值
printf("IN2(PA2) = %3.2fV \r\r", vol_2);          // printf 通道2 所采集到的电压值

完成后，是这个样子的：