STM32F103高精度ADC采样的黑科技揭秘

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@小白创作中心

STM32F103高精度ADC采样的黑科技揭秘

引用

CSDN

等

来源

https://blog.csdn.net/2401_84384479/article/details/143491757

https://blog.csdn.net/world9999/article/details/142392030

https://blog.csdn.net/xiaoyuanwuhui/article/details/143803038

https://blog.csdn.net/m0_72952662/article/details/136063831

https://blog.csdn.net/I_want_to_go/article/details/139236710

https://club.rt-thread.org/ask/article/abba9aaed98de32d.html

http://www.ruihutech.com/news_detail.php?id=33&cid=1

在嵌入式系统开发中，STM32F103微控制器因其高性能和丰富的外设而广受欢迎。然而，其内置的12位ADC在某些高精度测量应用中可能显得不够用。幸运的是，通过过采样技术，我们可以将ADC的分辨率提升至14位甚至更高，从而显著提高测量精度。

过采样技术原理

过采样技术的基本思想是在一个采样周期内多次采样，并将结果累加平均，从而提高ADC的分辨率。假设原始ADC的分辨率为N位，通过M倍的过采样，可以将有效分辨率提升至N+log2(M)位。

例如，对于STM32F103的12位ADC，如果我们进行16倍过采样（即M=16），则有效分辨率可以提升至：

12 + log2(16) = 12 + 4 = 16位

硬件设计要点

在实现高精度ADC采样时，硬件设计同样重要。根据[[2]]中的经验分享，以下几点值得特别注意：

基准电压源：确保基准电压稳定且具有足够的驱动能力。建议参考[[2]]中提到的文章，深入了解基准电压源的设计要点。
输入信号处理：不要直接将电阻分压信号接入ADC，因为ADC的输入阻抗会影响采样精度。应使用运放跟随器来隔离信号源。
抗混叠滤波：在高速采样时，输入信号需要进行低通滤波处理，以消除采样瞬间产生的尖峰。这可以通过在输入端添加RC滤波电路来实现。

软件实现

为了实现高速采样，我们采用DMA（直接内存访问）方式来传输ADC数据。以下是基于STM32CubeMX生成的HAL库代码示例：

// 定义采样数组
#define SAMPLE_NUM 10
#define CHANNEL_NUM 2
uint16_t adc_converted_value[SAMPLE_NUM][CHANNEL_NUM];

// 初始化ADC和DMA
void MX_ADC1_Init(void)
{
  // ADC配置
  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2;
  hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = CHANNEL_NUM;
  hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE;
  hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SEQ_CONV;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  // ADC通道配置
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
  sConfig.Rank = 1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_2;
  sConfig.Rank = 2;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

// 启动ADC采样
void Start_ADC_Sampling(void)
{
  if (HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_converted_value, SAMPLE_NUM * CHANNEL_NUM) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

在获取到采样数据后，我们可以通过以下代码实现过采样处理：

// 过采样处理函数
float Oversampling_Process(uint16_t *data, uint16_t sample_num)
{
  uint32_t sum = 0;
  for (uint16_t i = 0; i < sample_num; i++)
  {
    sum += data[i];
  }
  return (float)sum / sample_num;
}

// 使用示例
float voltage = Oversampling_Process(adc_converted_value[0], SAMPLE_NUM);