【STM32C5教程】（8）ADC 模拟量数据采集实验

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HuangXF 发布时间：2026-10-21 14:09

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文章简介:	本文介绍在 NUCLEO-C542RC（STM32C542RCT6）上使用 ADC1 通道 1 采集 PA1 模拟电压的实验。通过 STM32CubeMX2 配置 ADC1 为软件触发、单次转换、12 位分辨率，并开启转换完成中断。在 main.c 中依次调用 HAL_ADC_Start()、HAL_ADC_Calibrate()，每 100 ms 用 HAL_ADC_REG_StartConv_IT() 启动一次采集，在回调中读取原始值并换算为电压。实测 PA1 接 GND、3.3V 及电位器中间挡位，结

1. 项目简介

1.1 实验目标

本实验在 NUCLEO-C542RC 开发板上，使用 STM32C542RCT6 的 ADC1 通道 1 采集 PA1 引脚输入的模拟电压，采用软件触发与转换完成中断方式，每 100 ms 启动一次 ADC 采集，读取 12 位 ADC 原始值并换算为输入电压。

功能需求：

使用 ADC1 通道 1 采集 PA1 引脚输入的模拟电压
采用软件触发方式启动转换
采用转换完成中断方式读取结果
每 100 ms 启动一次 ADC 采集
读取 12 位 ADC 原始值并换算为输入电压（mV）

开发板和 MCU 型号： NUCLEO-C542RC 开发板，搭载 STM32C542RCT6 MCU。

1.2 实验条件

硬件：

NUCLEO-C542RC 开发板
支持数据传输的 USB Type-C 线（用于连接 ST-LINK 接口）
外部电位器（两端接 3.3 V 与 GND，中间滑动端接 PA1）

软件：

STM32CubeMX2（用于引脚、时钟、ADC 配置与代码生成）
VS Code + STM32Cube 插件（用于编译、烧录、调试）

2. 硬件说明

2.1 NUCLEO-C542RC 开发板

NUCLEO-C542RC 是 ST 基于 STM32C542RCT6 推出的 Nucleo-64 开发板。主要特性：

MCU：STM32C542RCT6，Arm Cortex-M33 内核，最高主频 144 MHz，256 KB Flash，64 KB RAM
调试器：板载 STLINK-V3EC，支持大容量存储、虚拟串口和调试端口三种功能
用户 LED：LD1，连接 PA5
用户按键：B1，连接 PC13
扩展接口：Arduino Uno V3 和 ST morpho 连接器

本实验使用 PA1 作为 ADC 输入，通过外部电位器提供模拟信号源。

2.2 引脚说明

引脚	功能	说明
PA1	ADC1_IN1	ADC1 通道 1，模拟输入

PA1（ADC1_IN1）：配置为模拟输入模式。ADC1 通道 1 对应 PA1 引脚，不是 PA2（ADC1_IN2）。决定采集哪个引脚的是引脚连接关系——电位器接到 PA1，就必须配置为 ADC1_IN1。

2.3 电位器接线

电位器引脚	连接到
一端	3.3 V
另一端	GND
中间滑动端	PA1

调节电位器时，PA1 引脚电压在 0 ~ 3.3 V 范围内线性变化。

3. STM32CubeMX2 工程配置

3.1 新建工程

本实验采用 MCU 方式创建工程，即以芯片型号 STM32C542RC 为起点，而非开发板方式。

进入 MCU 选择界面启动 STM32CubeMX2，在首页点击 MCU，进入芯片型号选择列表。
搜索并选中芯片
在 MCU name 输入框中输入 STM32C542RC（或完整型号 STM32C542RCT6），从筛选出的列表中选择对应型号。
填写项目信息
输入项目名称 ADC_IT 和项目保存路径。项目名称避免使用特殊字符，路径建议使用纯英文目录。

3.2 基础配置

工程创建后，软件自动进入 Pinout 视图。

时钟配置：本工程系统时钟为 48 MHz（HSI ÷ 3），ADC 内核时钟为 144 MHz（PSIS 时钟），分频系数为 1。

3.3 ADC1 配置

（1）启用 ADC1

在左侧外设列表中找到 Analog → ADC1，点击展开。

（2）配置 ADC 参数

在 ADC1 的 Parameter Settings 中设置：

参数	值	说明
Resolution	12 bit	12 位分辨率
Sampling Mode	Normal	普通采样模式
Kernel Clock Source	PSIS	ADC 内核时钟源

（3）配置通道

在 Channels 区域中，将 ADC1_IN1 的 Use Channel 设置为启用。

参数	值	说明
Channel	ADC1_IN1	对应 PA1 引脚
Sampling Time	25 Cycles	采样时间
Single/Differential	Single Ended	单端输入

设置完成后，Pinout 视图中 PA1 自动分配为 ADC1_IN1（模拟模式）。

（4）配置 Regular 组

切换到 Groups Conversions 标签页，配置 Regular 组：

参数	值	说明
Trigger Type	Software start	软件触发
Sequencer Length	1	序列长度 1
Continuous	Single	单次转换
Overrun	Overwritten	覆盖模式

将 IN1 加入正则转换序列。

（5）使能中断

在 NVIC Settings 中，勾选 ADC1 global interrupt 使能转换完成中断。

3.4 项目配置

点击 Project Settings，进入工程设置页面。
在 IDE Format 下拉选项中选择 CMake。
在 CMake Toolchain 下拉选项中选择 GCC。
确认配置无误后，点击 Generate Code。CubeMX2 会执行配置检查，如果没有错误，开始在指定路径下生成 CMake 工程文件。
生成完成后，项目路径下会出现标准 CMake 工程结构，包含 Core/、Drivers/、CMakeLists.txt 等。

4. 编程实现

4.1 实现思路

采用 “ADC 初始化 + 软件触发 + 转换完成中断 + 100 ms 非阻塞计时” 的方案：

mx_system_init() // CubeMX2 生成：时钟、GPIO、ADC1、NVIC 初始化
│
▼
HAL_ADC_Start() // 激活 ADC（上电、使能，进入 ACTIVE 状态）
│
▼
HAL_ADC_Calibrate() // ADC 校准（要求处于 ACTIVE 状态）
│
▼
主循环：每 100 ms 调用一次 HAL_ADC_REG_StartConv_IT()
│
▼
转换完成，触发 ADC1 中断
│
▼
HAL_ADC_REG_UnitaryConvCpltCallback()
│
▼
读取原始值 → 换算电压 → 存入全局变量

为什么用中断而不是轮询？ 轮询方式需要 CPU 持续等待转换完成，中断方式下 CPU 可以在等待期间执行其他任务，本实验的主循环只需做 100 ms 计时，转换和读取由硬件和中断自动完成。

ADC 操作顺序： HAL_ADC_Start() → HAL_ADC_Calibrate() → HAL_ADC_REG_StartConv_IT()。HAL_ADC_Calibrate() 内部要求 ADC 已处于 ACTIVE 状态，因此顺序不可颠倒。

各步骤使用的 HAL 函数：

步骤	HAL 函数	作用
激活 ADC	`HAL_ADC_Start()`	使 ADC 进入 ACTIVE 状态
校准	`HAL_ADC_Calibrate()`	ADC 校准
启动转换	`HAL_ADC_REG_StartConv_IT()`	软件触发启动单次转换 + EOC 中断
读取原始值	`HAL_ADC_REG_ReadConversionData()`	读取 12 位转换结果
电压换算	`HAL_ADC_CALC_DATA_TO_VOLTAGE()`	原始值换算为电压（mV）

4.2 关键代码

在 VS Code 中打开生成的 CMake 工程，找到 Core/Src/main.c，添加以下代码。

（1）文件头部添加头文件与宏定义

#include "main.h"
#include "mx_adc1.h"

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
#define ADC_SAMPLE_PERIOD_MS     100U      /* 采样周期：每 100ms 启动一次转换   */
#define ADC_REF_VOLTAGE_MV       3300U     /* 模拟参考电压 Vref+ = 3.3V (mV)    */
#define ADC_RESOLUTION           HAL_ADC_RESOLUTION_12_BIT /* 分辨率 12 位 */

（2）全局变量与句柄

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
static hal_adc_handle_t *s_adc1_handle;    /* ADC1 句柄（来自 mx_adc1_gethandle）*/

/* 供调试器监视窗口查看的全局变量 */
volatile uint32_t g_adc_raw_value   = 0U;  /* ADC 原始值 0 ~ 4095               */
volatile uint32_t g_adc_voltage_mv  = 0U;  /* 换算电压 (mV) 0 ~ 3300             */

/* Private functions prototype -----------------------------------------------*/
static void adc_start_conversion(void);

（3）主函数

int main(void)
{
  if (mx_system_init() != SYSTEM_OK)
  {
    return (-1);
  }
  else
  {
    /* 获取 ADC1 句柄 */
    s_adc1_handle = mx_adc1_gethandle();
    if (s_adc1_handle == NULL)
    {
      return (-1);
    }

    /*
      ADC 操作流程：
      1. HAL_ADC_Start()            -- 激活 ADC（上电、使能，进入 ACTIVE 状态）
      2. HAL_ADC_Calibrate()        -- ADC 校准（要求处于 ACTIVE 状态）
      3. HAL_ADC_REG_StartConv_IT() -- 软件触发启动单次转换 + EOC 中断
    */
    if (HAL_ADC_Start(s_adc1_handle) != HAL_OK)
    {
      return (-1);
    }

    if (HAL_ADC_Calibrate(s_adc1_handle) != HAL_OK)
    {
      return (-1);
    }

    while (1)
    {
      /* 非阻塞计时：每 100ms 软件触发启动一次 ADC 单次转换 */
      adc_start_conversion();
    }
  }
}

（4）100 ms 非阻塞触发函数

/**
  * @brief  每 100ms 软件触发启动一次 ADC 单次转换，转换完成后由中断回调处理。
  * @note   单次转换 EOC 后 HAL 自动将 regular 组状态恢复为 IDLE，
  *         故可反复调用 HAL_ADC_REG_StartConv_IT() 而不会返回 HAL_BUSY。
  */
static void adc_start_conversion(void)
{
  static uint32_t last_tick = 0U;

  if ((HAL_GetTick() - last_tick) >= ADC_SAMPLE_PERIOD_MS)
  {
    last_tick = HAL_GetTick();
    (void)HAL_ADC_REG_StartConv_IT(s_adc1_handle);
  }
}

（5）转换完成回调函数

/**
  * @brief  ADC 常规组单次转换完成回调（重载 HAL 弱函数）。
  *         读取 12 位 ADC 原始值并换算为输入电压 (mV)。
  * @param  hadc ADC 句柄指针
  */
void HAL_ADC_REG_UnitaryConvCpltCallback(hal_adc_handle_t *hadc)
{
  (void)hadc;

  /* 读取 ADC 原始值（12 位单次转换结果，0 ~ 4095） */
  g_adc_raw_value = (uint32_t)HAL_ADC_REG_ReadConversionData(s_adc1_handle);

  /* 电压换算：mV = raw * Vref / 满刻度(4095)
     （ST 官方宏，第三个参数须为 HAL_ADC_RESOLUTION_12_BIT 枚举值，单位 mV） */
  g_adc_voltage_mv = (uint32_t)HAL_ADC_CALC_DATA_TO_VOLTAGE(ADC_REF_VOLTAGE_MV,
                                                             g_adc_raw_value,
                                                             ADC_RESOLUTION);
}

代码说明：

mx_adc1_gethandle() 返回 CubeMX2 生成的 ADC1 句柄。
HAL_ADC_Start() 使 ADC 进入 ACTIVE 状态，必须先调用。
HAL_ADC_Calibrate() 校准 ADC，要求 ADC 已处于 ACTIVE 状态，所以必须在 HAL_ADC_Start() 之后调用。
HAL_ADC_REG_StartConv_IT() 以软件触发方式启动一次单次转换，并使能转换完成中断。
HAL_ADC_REG_UnitaryConvCpltCallback() 是 HAL2 中的转换完成回调函数，用户重写这个同名函数，中断发生时 HAL 自动调用它。
HAL_ADC_REG_ReadConversionData() 读取 12 位转换结果。
HAL_ADC_CALC_DATA_TO_VOLTAGE() 是 ST 官方宏，将原始值换算为电压（mV）。第三个参数必须传 HAL_ADC_RESOLUTION_12_BIT 枚举值。
g_adc_raw_value 和 g_adc_voltage_mv 声明为 volatile，供调试器监视窗口查看。

5. 编译烧录与运行测试

5.1 编译与烧录

打开工程：用 VS Code 打开 CubeMX2 生成的 CMake 工程文件夹（如 ADC_IT_cmake）。
编译：点击 VS Code 底部状态栏的 Build 按钮，或使用命令面板执行 CMake 构建。编译完成后，终端应输出 退出代码为 0，无报错提示。
连接开发板：用支持数据传输的 USB Type-C 线连接 NUCLEO-C542RC 的 ST-LINK USB 口（CN1）。
确认设备识别：打开设备管理器，在“端口 (COM 和 LPT)”下应能看到 STLink COMx。
烧录：点击 VS Code 中的运行按钮，将固件下载到开发板。

5.2 运行与测试

烧录完成后，程序自动开始运行。使用调试器监视窗口查看 g_adc_raw_value 和 g_adc_voltage_mv 两个全局变量的值。

测试方法：用断点读取稳定值

在 HAL_ADC_REG_UnitaryConvCpltCallback() 回调内最后一条赋值语句（换算 g_adc_voltage_mv 那一行）设断点。停住时正是本次转换结果刚写入两个变量的瞬间，数值稳定不再变化。
程序每 100 ms 停在断点一次（停在 ADC 中断上下文，不影响查看全局变量）。
分别在 PA1 接 GND、接 3.3 V、接电位器中间挡位三种状态下，记录变量 g_adc_raw_value 和 g_adc_voltage_mv 的值。

测试 1：PA1 接 GND 通过电位器调到头使 PA1 电压为 0 V，观察监视窗口：
- g_adc_raw_value 接近 0
- g_adc_voltage_mv 接近 0 mV
测试 2：PA1 接 3.3 V 通过电位器调到头使 PA1 电压为 3.3 V，观察监视窗口：
- g_adc_raw_value 接近 4095
- g_adc_voltage_mv 接近 3300 mV
测试 3：PA1 接电位器中间挡位 调节电位器到中间位置，观察监视窗口：
- g_adc_raw_value 在 0 ~ 4095 之间
- g_adc_voltage_mv 与原始值按公式电压 = raw × 3300 / 4095 对应

测试结果：

PA1 连接	原始值 g_adc_raw_value	电压 g_adc_voltage_mv	是否正常
→ GND	1	0 mV	✅
→ 3.3 V	4091	3296 mV	✅
→ 电位器中间	2463	1968 mV	✅

测试结果总结： ☑ 编译通过，无错误 ☑ 烧录成功 ☑ ADC1 通道 1 正确采集 PA1 电压 ☑ 软件触发 + 转换完成中断方式工作正常 ☑ 每 100 ms 启动一次采集 ☑ 12 位原始值读取与电压换算正确功能正常。

6. 小结

本实验通过 ADC1 通道 1 采集 PA1 引脚输入的模拟电压，实现了软件触发、转换完成中断、12 位原始值读取与电压换算，掌握了 STM32C5 系列 ADC 的配置与使用方法。

核心逻辑可以概括为：“ADC 激活 → 校准 → 每 100 ms 软件触发单次转换 → 中断中读取原始值 → 换算电压”。

有两点需要注意：

ADC 操作顺序不能颠倒。 HAL_ADC_Start() 先使 ADC 进入 ACTIVE 状态，然后才能调用 HAL_ADC_Calibrate() 校准，最后才能用 HAL_ADC_REG_StartConv_IT() 启动转换。
HAL2 的回调函数名与经典 HAL 不同。转换完成回调是 HAL_ADC_REG_UnitaryConvCpltCallback()，启动函数是 HAL_ADC_REG_StartConv_IT()，与经典 HAL 的 HAL_ADC_ConvCpltCallback() 和 HAL_ADC_Start_IT() 不同，使用时需注意区分。