147.6.4 ADC多通道查询采集

/* 10ADC_3/Core/Src/main.c 的主循环示例；CubeMX 生成的初始化函数略去。 */
#include "main.h"
#include "adc.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

uint32_t ADC_Num;

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_ADC1_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1); // ADC 初始化后、首次 Start 前校准

    while (1)
    {
        HAL_ADC_Start(&hadc1); // 第 1 次触发：Rank1 / PA0
        if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 2000) == HAL_OK)
        {
            ADC_Num = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
            float ADC_Value = 3.3 * ADC_Num / 4096;
            printf("PA0 ADC_Value:%1.2fv   ADC Num: %lu\n", ADC_Value, ADC_Num);
        }
        else
        {
            printf("PA0 ADC Error\n");
        }

        HAL_ADC_Start(&hadc1); // 第 2 次触发：Rank2 / PA1
        if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 2000) == HAL_OK)
        {
            ADC_Num = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
            float ADC_Value = 3.3 * ADC_Num / 4096;
            printf("PA1 ADC_Value:%1.2fv   ADC Num: %lu\n", ADC_Value, ADC_Num);
        }
        else
        {
            printf("PA1 ADC Error\n");
        }

        HAL_ADC_Start(&hadc1); // 第 3 次触发：Rank3 / PA2
        if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 2000) == HAL_OK)
        {
            ADC_Num = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
            float ADC_Value = 3.3 * ADC_Num / 4096;
            printf("PA2 ADC_Value:%1.2fv   ADC Num: %lu\n", ADC_Value, ADC_Num);
        }
        else
        {
            printf("PA2 ADC Error\n");
        }
    }
}

一、校准功能

• STM32F1 的 ADC 内置自校准功能，用于减小 ADC 内部模拟电路（包括采样电容等）造成的零点/增益误差。校准不是把外部传感器的电压“校准成 3.3 V”，也不会替代电压基准的测量。
• 调用位置必须在 MX_ADC1_Init() 完成之后、第一次 HAL_ADC_Start() 之前。每次上电或复位重新初始化 ADC 后执行一次即可；不能在 ADC 正在转换时插入校准。
• 视频中把校准语句从上一节工程复制到约第 94 行、adc start 前面。若从连续采样工程复制，还要删除不适合当前查询模式的启动代码（例如 HAL_ADC_Start_DMA），只保留本课需要的 HAL_ADCEx_Calibration_Start。
• 校准同样适用于单通道、多通道、连续和间断配置；区别只在于校准前后的启动方式，不在于通道数量。

1.1 ADC校准

• 数据手册将校准过程放在 ADC 章节（视频提到的 11.4），ADC 控制寄存器 ADC_CR2 的 CAL 位为 bit 2，置 1 会启动自校准；RSTCAL 位为 bit 3，用于先复位校准寄存器。
• HAL 的 HAL_ADCEx_Calibration_Start() 并不是简单地写一位：它会停止/关闭 ADC，重新使能并等待至少两个 ADC 时钟周期，置位 RSTCAL 并等待硬件清零，再置位 CAL 并等待校准结束。通过 IDE 跳转到函数实现，可以把 API 调用和寄存器动作对应起来。
• 校准完成前不要读取 ADC 结果；若 HAL 返回 HAL_ERROR 或超时，应进入错误处理。示例代码省略了返回值判断，正式程序建议检查返回值。
• 查看寄存器时要区分“寄存器名”和“位宏”：ADC_CR2 是寄存器，ADC_CR2_CAL 是其中 bit 2 的宏，宏最终展开为对该位的置位操作。

二、ADC多通道检测

本课的“循环模式”指主循环反复执行三次查询采样，不是 DMA 的 Circular 模式。每次只触发一个转换，CPU 等待完成后读取结果，再触发下一次。

2.1 新建工程

• 视频在 KIDE/CubeIDE 中新建 STM32F103ZET6（ZET6）工程，示例工程目录为 CubeIDE/10ADC_3，工程名为 10ADC_3。
• 实验使用 ADC1 的三个规则组通道：ADC1_IN0、ADC1_IN1、ADC1_IN2，对应 PA0、PA1、PA2。STM32F103 的具体封装和芯片型号会影响可用引脚，不能只凭“通道号”猜引脚，必须查该型号的数据手册或 CubeMX 引脚图。
• 视频的接线意图是：PA0 接光敏传感器的 AO 模拟输出，PA1 接板上 3V3，PA2 接板上 GND。PA1 和 PA2 被配置为模拟输入时，输入端呈高阻状态，可以测量固定电位；不要在它们仍配置为推挽输出时直接接电源或地，否则可能造成短路。
• 这三个输入必须与单片机共地，模拟电压应处于 0～VDDA 范围内（工程假定 VDDA=3.3 V）。ADC 测的是引脚相对 GND 的电压，不是“检测电源是否存在”；超过 VDDA 或低于 VSSA 的输入可能损坏器件并产生无效结果。

2.2 常规操作

• 先在 RCC 中启用外部高速时钟（HSE），在 SYS 中启用调试/系统功能，再配置 ADC1、USART1 和 GPIO。外设时钟必须先存在，后续初始化才有意义。
• 在 ADC1 中使能 IN0、IN1、IN2，并把 PA0、PA1、PA2 设为 GPIO_MODE_ANALOG。模拟模式会关闭数字输入路径，降低漏电和数字噪声。
• ADC 通道号与 GPIO 引脚的对应关系随 MCU 型号和封装而定。本工程的对应关系来自生成的 adc.c：ADC_CHANNEL_0 -> PA0、ADC_CHANNEL_1 -> PA1、ADC_CHANNEL_2 -> PA2；学习重点是会查表验证，而不是死记一张通用表。

2.3 回到工程

• 先添加 ADC1，再修改 ADC 时钟分频。工程系统时钟为 72 MHz，APB2 为 72 MHz，ADC 选择 APB2/6，得到 12 MHz（RCC_ADCPCLK2_DIV6）。先使能 ADC 后再改分频，是为了让 CubeMX 根据已启用外设给出合法配置；若先改时钟导致界面报错，应重新检查外设启用状态。
• Code Generator 选择生成 .c/.h 文件后，CubeMX 会生成 adc.c、usart.c 等初始化代码，但不会替用户写三次 HAL_ADC_Start 和数据处理逻辑。
• Regular Conversion 下的 Number of Conversion 表示整个规则序列的通道总数。本工程设置为 3，表示一个完整序列包含三个 Rank；它不是“每次 Start 转换几个”的参数。
• 当规则序列多于一路时，CubeMX 会启用 ScanConvMode。这只是让 ADC 按 Rank 依次扫描多个通道；扫描本身不决定触发次数。
• Rank 是序列位置：Rank1 先转换、Rank2 次之、Rank3 最后。工程分别设置为 Channel 0、Channel 1、Channel 2，因此一次完整序列的顺序为 PA0 → PA1 → PA2。
• 采样时间默认为 1.5 周期，视频建议改大或选中间值。采样时间越长，采样保持电容越充分地跟随输入，适合传感器等高源阻抗信号，但单次转换时间也会增加；“最小采样时间有时出问题”是经验现象，不能代替对源阻抗和时序的分析。
• 工程最终选择 ContinuousConvMode = DISABLE、DiscontinuousConvMode = ENABLE，并设置 NbrOfDiscConversion = 1。这里的两个数量必须分清：规则序列总数 NbrOfConversion=3，每次触发实际转换的数量 NbrOfDiscConversion=1。

2.4 之前工程代码复制

• 上一节单通道查询代码可以复制作为串口和查询流程模板，但必须同步修改通道标签、Rank 配置和循环逻辑。只复制代码并不能自动让一个 HAL_ADC_Start 读出三路数据。
• 在间断模式下，每次软件触发只转换一个 Rank；下一次 HAL_ADC_Start 继续序列中的下一个 Rank，完成 Rank3 后再从 Rank1 循环。这个行为由 NbrOfDiscConversion=1 和硬件规则序列共同决定。
• 不要把 Number of Conversion 改成 1 来表示“每次采一个通道”。正确配置是：规则序列总数保持 3，间断转换数设为 1。若把规则序列总数也改成 1，ADC 就只剩一个规则通道，无法得到三路扫描。
• 视频提到的 P10、P11、P12 是字幕识别错误；本工程实际使用 PA0、PA1、PA2。通道顺序必须与 adc.c 中的 Rank 配置一致。
• 复制工程时要一并检查 USART1 初始化和 printf 重定向定义。只复制 main.c 而没有串口配置，会出现未定义 huart1、未声明 printf 或链接错误；打开多个工程时关闭无关编辑页可以减少复制错文件的风险。

2.5 思维导图

• 思维导图中串口部分提供的是代码放置位置和重定向思路，不是唯一实现。常见做法是在 syscalls.c 或用户代码区实现 _write()，调用 HAL_UART_Transmit() 将 printf 输出到 USART1。
• 添加变量定义时，应放在文件作用域或函数合适的用户代码区。uint32_t ADC_Num; 是当前工程的全局变量，用来接收 HAL_ADC_GetValue() 返回的 12 位无符号结果；变量类型大于 12 位不会提高 ADC 分辨率，只是方便与 HAL 返回值匹配。
• 思维导图中显示的“右对齐”对应 ADC_DATAALIGN_RIGHT：12 位结果放在 16 位数据的低位，读取后可直接按无符号整数使用。

2.6 编译问题解决

• 编译报错应先看完整的文件名、行号和错误类别，再修改对应文件。视频中的 “ADC number 没有定义” 应规范理解为 ADC_Num 未声明，而不是一个叫 “a dc number” 的特殊 API。
• 定义方式可以是 uint32_t ADC_Num;，但要保证使用处可见，并且格式串匹配：uint32_t 在该工程中用 %lu 输出（工程 ABI 下对应 unsigned long）。若改成 uint16_t，应改用与编译器匹配的格式或显式转换，避免格式串类型不匹配。
• 每次只改一个问题后重新编译，确认没有新的警告；编译通过只说明语法和链接通过，还需要烧写后结合串口和已知电压验证功能。
• 烧写前确认当前选择的是 10ADC_3 工程，关闭旧工程的串口窗口和编辑页，避免把旧固件、旧串口配置和新源码混在一起。

2.7 打开串口

• 工程 USART1 配置为 115200、8 数据位、无校验、1 停止位，PA9 为 TX、PA10 为 RX。USB-UART 模块要与 PA9/PA10 交叉连接并共地：模块 RX 接 PA9，模块 TX 接 PA10。
• %f 小数不显示通常是 newlib-nano 没有链接浮点 printf 支持。视频中通过 Project Properties 的 MCU/MCU GCC Linker 相关设置启用浮点格式；不同 CubeIDE 版本名称可能略有差异，GCC 工程常见等效选项为 -u _printf_float。该选项会增加 Flash 占用。
• PA0 接传感器 AO 时，电压会随光照变化；PA1 直接接 3.3 V 理论上应接近满量程；PA2 接 GND 理论上应接近 0 V。实际会受到 VDDA 误差、传感器输出范围、接线压降和噪声影响，不能要求每次都精确显示 3.300 V 或 0.000 V。
• 电压换算采用 V = VDDA × ADC_Num / 4096，其中 12 位原始码范围为 0～4095，工程代码假定 VDDA=3.3 V。若要将码 4095 映射到 VDDA，可统一改用 /4095.0f；两种口径都可以，但必须在同一项目内保持一致。

2.8 代码规范性改进

• 视频先复制一次单通道代码，观察到输出仍按 PA0、PA1、PA2 的顺序变化；随后把采样和打印代码复制三份，分别改成 PA0、PA1、PA2 标签。这种写法直观，适合第一次理解 Rank 和间断触发的关系。
• 三份代码的共同流程是：HAL_ADC_Start 软件触发 → HAL_ADC_PollForConversion 阻塞等待 → HAL_ADC_GetValue 读取 DR → 换算并打印。PollForConversion 的超时参数为 2000 ms，远大于本工程一次 239.5 周期采样所需时间，主要用于防止异常时永久阻塞。
• 更易维护的写法是用数组保存通道标签并用 for 循环复用流程，但必须确保 ADC 的 Rank 顺序与数组下标一致。课程保留三份代码，是为了让初学者先看到每次 Start 对应一个 Rank。
• 每个分支都应检查 HAL_ADC_Start 和 HAL_ADC_PollForConversion 的返回值。当前源码只检查了 Poll 的返回值，且错误分支会打印 PAx ADC Error；正式代码还应处理 Start 失败并记录 HAL 状态。

2.9 多通道现象解释

• NbrOfConversion=3 表示规则组中有三个通道；NbrOfDiscConversion=1 表示一次触发只完成一个通道。二者共同产生“每个 Start 采一个、三次 Start 轮完一组”的现象。
• 第一次 Start 转换 Rank1/PA0，第二次 Start 转换 Rank2/PA1，第三次 Start 转换 Rank3/PA2；下一个 Start 又回到 Rank1。HAL_ADC_GetValue 读取的是当前完成转换写入的 ADC DR。
• PA1 接 3.3 V、PA2 接 GND 时，串口输出应分别接近 3.3 V 和 0 V；PA0 传感器输出则随光照变化。手触摸悬空模拟输入会引入人体耦合噪声，读数变化不代表传感器一定发生了对应的物理变化。
• 查询方式是 CPU 主动等待，三路采样之间还夹有浮点换算和串口发送时间，因此三路并非同一时刻采集的“同步快照”。需要同步采样时应使用同一触发下的规则扫描，再用 DMA 或结束中断一次性取走结果。

2.10 代码分析

• 初始化中的关键字段为：ScanConvMode=ADC_SCAN_ENABLE、ContinuousConvMode=DISABLE、DiscontinuousConvMode=ENABLE、NbrOfDiscConversion=1、NbrOfConversion=3，以及 Rank1～3 对应 Channel 0～2。
• 代码中三次 HAL_ADC_Start 并不是“打开三个 ADC 外设”；工程只有一个 ADC1，三次调用是对同一个规则序列进行三次软件触发。视频中“打开三个 adc”的说法应改为“触发同一个 ADC1 的三个 Rank”。
• 每次 HAL_ADC_PollForConversion 成功后，HAL_ADC_GetValue 返回本次转换结果；失败时不能继续把旧的 ADC_Num 当成新数据打印。
• 本节目标是掌握多通道、Rank、间断转换和查询读取的基本关系。下一节进入 ADC 中断模式时，核心变化是由中断通知转换完成，CPU 不再主动轮询等待；通道序列和 Rank 的概念仍然相同。

三、电路与安全基础

• PA1 接 3V3：3V3 是开发板的 3.3 V 电源轨，PA1 配成模拟输入后只测量电压，理论值接近 VDDA。接线时使用一根杜邦线把 PA1 与 3V3 排针相连，不能把 PA1 配成输出高/低电平后再硬接电源。
• PA2 接 GND：GND 是电路的参考零电位，ADC 的输入电压就是 PA2 相对 GND 的电压。PA2 接 GND 后，理想码为 0；必须与传感器和 USB-UART 共地，否则各设备的“0 V”不在同一参考点，读数会漂移。
• PA0 接 AO：光敏传感器的 AO 是模拟输出，可能由传感器内部分压或运算放大器产生。确认 AO 的最大电压不超过 3.3 V；若传感器由 5 V 供电但 AO 可达到 5 V，必须先用分压或电平转换，不能直接接 PA0。
• ADC 输入不是电源输出端，不能从 PA0/PA1/PA2 给传感器供电，也不能把两个不同电压源直接短接。测量前先断电检查跳线，避免把 3V3 与 GND 误连。

四、查询模式的边界与扩展

• 查询模式中的串口打印本身可能远慢于 ADC 转换，因此它适合教学验证，不适合直接作为高速采样方案。若要固定采样率，应减少打印、改用定时器触发，或把结果批量交给 DMA。
• ADC 原始值通常不必保存为 float；可以先保存整数码，显示或控制时再换算电压，减少浮点运算和 printf 浮点链接的开销。
• 对传感器输出阻抗较高的情况，应根据数据手册选择采样时间，并在 PA0 前增加缓冲运放或 RC 滤波，而不是只依赖“最大采样时间”。滤波电容要保证不超过 ADC 输入允许的电压和外部驱动能力。