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STM32，读取ADC值并使用串口传输(HAL库)

要在 STM32 上使用 HAL 库读取 ADC 值并通过串口传输数据，可以按照以下步骤进行。本文将以 STM32F1 系列为例，详细介绍如何配置 ADC 和 UART，并实现数据的读取与传输。

1. 硬件准备

所需硬件

STM32 开发板（如 STM32F103C8T6 "蓝色小板"）
USB 转串口模块（如 CH340、CP2102 等）
面包板和杜邦线
可选：外部电压源（用于测试 ADC 输入）

连接说明

ADC 输入引脚：
- 选择 STM32 的一个 ADC 输入引脚（如 PA0），连接到一个可变电压源或固定电压源（确保电压范围在 ADC 输入范围内，通常为 0V 至 VDDA）。
UART 连接：
- STM32 的 TX 引脚（如 PA9）连接到 USB 转串口模块的 RX 引脚。
- STM32 的 RX 引脚（如 PA10）连接到 USB 转串口模块的 TX 引脚。
- STM32 的 GND 连接到 USB 转串口模块的 GND。
注意：确保电压匹配，STM32 的逻辑电平通常为 3.3V，避免直接连接 5V 设备。

2. 软件环境设置

所需软件

STM32CubeMX：用于生成初始化代码。
STM32CubeIDE 或 Keil uVision：用于编写和调试代码。
ST-Link 或其他调试器（用于烧录程序）。

安装步骤

下载并安装 STM32CubeMX。
下载并安装 STM32CubeIDE（集成开发环境，包含编译器和调试工具）。
安装 ST-Link 驱动程序（如果使用 ST-Link 进行调试）。

3. ADC 配置

使用 STM32CubeMX 配置 ADC

创建新项目：
- 打开 STM32CubeMX，点击 "New Project"。
- 选择你的 STM32 型号（如 STM32F103C8Tx），点击 "Start Project"。
配置时钟：
- 在 "Pinout & Configuration" 标签页，确保系统时钟配置正确（通常使用 HSE 或 HSI）。
- 切换到 "Clock Configuration" 标签页，配置系统时钟频率（如 72 MHz）。
启用 ADC：
- 在 "Pinout & Configuration" 标签页，选择要使用的 ADC 引脚（如 PA0），将其模式设置为 "Analog"。
- 在 "Middleware" 或 "Configuration" 标签页，找到 "ADC1" 并启用它。
配置 ADC 参数：
- 点击 "ADC1"，进入其设置页面。
- 设置分辨率为 12 位（默认）。
- 配置转换模式为单通道单次转换（Single Conversion）或连续转换（Continuous Conversion），根据需求选择。
- 设置采样时间（如 239.5 Cycles）以获得更准确的读数。
- 如果使用外部触发，配置触发源；否则，保持软件触发。
生成代码：
- 点击 "Project" -> "Settings"，选择工具链为 "STM32CubeIDE" 或其他你使用的 IDE。
- 点击 "Generate Code"，生成初始化代码。

4. UART 配置

使用 STM32CubeMX 配置 UART

启用 UART：
- 在 "Pinout & Configuration" 标签页，找到 "USART1"（或其他可用 UART），将其模式设置为 "Asynchronous"。
- STM32F103C8T6 的默认 UART 引脚为 PA9 (TX) 和 PA10 (RX)。
配置 UART 参数：
- 点击 "USART1"，进入其设置页面。
- 设置波特率为 115200（可根据需要调整）。
- 数据位：8
- 停止位：1
- 校验位：None
- 硬件流控制：None
生成代码：
- 确保所有配置完成后，点击 "Generate Code" 生成 UART 初始化代码。

5. 主程序实现

在生成的代码基础上，编写主程序以实现以下功能：

初始化 ADC 和 UART。
循环读取 ADC 值。
将 ADC 值通过 UART 发送。

示例步骤

初始化：
- 在 main.c 中，确保 HAL 库已正确初始化 ADC 和 UART。
读取 ADC 值：
- 使用 HAL_ADC_PollForConversion 读取 ADC 值。
- 将 ADC 值转换为实际电压（如果需要）。
通过 UART 发送数据：
- 使用 HAL_UART_Transmit 将 ADC 值发送到串口。

6. 完整代码示例

以下是一个完整的 main.c 示例，展示如何读取 ADC 值并通过 UART 发送：

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include <stdio.h>

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
ADC_HandleTypeDef hadc1;
UART_HandleTypeDef huart1;

/* Function prototypes -------------------------------------------------------*/
#ifdef __GNUC__
  /* With GCC/RAISONANCE, small printf (option LD Linker->Libraries->Small printf
     set to 'Yes') calls __io_putchar() */
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif /* __GNUC__ */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* MCU 初始化 */
  HAL_Init();

  /* 配置系统时钟 */
  SystemClock_Config();

  /* 初始化所有配置的外设 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  /* 配置 printf 通过 UART 输出 */
  __HAL_UART_ENABLE(&huart1);
  
  char msg[50];
  uint32_t adc_value;
  float voltage;

  /* 无限循环 */
  while (1)
  {
    /* 启动 ADC 转换 */
    if (HAL_ADC_Start(&hadc1) == HAL_OK)
    {
      /* 等待转换完成 */
      if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK)
      {
        /* 获取 ADC 值 */
        adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
        
        /* 将 ADC 值转换为电压（假设 VREF=3.3V，12位分辨率） */
        voltage = (adc_value * 3.3f) / 4095.0f;
        
        /* 格式化字符串 */
        snprintf(msg, sizeof(msg), "ADC Value: %lu, Voltage: %.2f V\r\n", adc_value, voltage);
        
        /* 通过 UART 发送 */
        HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)msg, strlen(msg), HAL_MAX_DELAY);
      }
    }
    
    /* 延时（例如 500ms） */
    HAL_Delay(500);
  }
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** 初始化 RCC 振荡器 
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  
  /** 初始化 RCC 时钟 
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief ADC1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_ADC1_Init(void)
{

  /* 用户可以在此处调整 ADC 参数 */
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  /** 初始化 ADC 
  */
  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  
  /** 配置 ADC 通道 
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0; // PA0
  sConfig.Rank = 1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief USART1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  /* 用户可以在此处调整 UART 参数 */
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
}

/**
  * @brief  Retargets the C library printf function to the UART.
  * @param  None
  * @retval None
  */
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
  /* 将字符通过 UART 发送 */
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
  return ch;
}

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* 用户可以添加自己的错误处理代码，例如 LED 指示 */
  while(1)
  {
  }
}

代码说明

SystemClock_Config:
- 配置系统时钟，使用 HSE 和 PLL 将时钟设置为 72 MHz。
MX_ADC1_Init:
- 初始化 ADC1，配置为单通道单次转换模式，采样时间为 239.5 周期。
MX_USART1_UART_Init:
- 初始化 USART1，设置波特率为 115200。
MX_GPIO_Init:
- 启用 GPIOA 时钟（用于 ADC 和 UART 引脚）。
PUTCHAR_PROTOTYPE:
- 重定向 printf 函数到 UART，以便使用 printf 发送数据。
主循环:
- 启动 ADC 转换，读取 ADC 值，并将其转换为电压。
- 使用 printf 将 ADC 值和电压通过 UART 发送。
- 延时 500ms 后重复。

7. 调试与验证

步骤 1：编译代码

打开 STM32CubeIDE，导入项目。
确保项目配置正确（如芯片型号、时钟设置等）。
点击 "Build" 或 "Rebuild" 编译项目。

步骤 2：烧录程序

连接 ST-Link 到开发板和电脑。
在 STM32CubeIDE 中，点击 "Debug" 按钮，选择 ST-Link 作为调试器。
烧录程序到 STM32。

步骤 3：连接串口终端

使用 USB 转串口模块将 STM32 连接到电脑。
打开串口终端软件（如 Tera Term、PuTTY 或 CoolTerm）。
配置串口参数：
- 波特率：115200
- 数据位：8
- 停止位：1
- 校验位：None
- 流控制：None
打开串口，开始接收数据。

步骤 4：验证数据

如果一切配置正确，串口终端应每 500ms 接收到类似如下的数据： ADC Value: 2048, Voltage: 1.65 V （具体值取决于输入电压）
如果没有数据接收，检查以下内容：
- 硬件连接是否正确。
- 串口终端配置是否正确。
- 是否选择了正确的串口端口。
- 是否正确烧录了程序。

8. 常见问题及解决方法

问题 1：串口无数据输出

可能原因：

UART 初始化错误。
波特率设置不匹配。
硬件连接错误。
串口终端配置错误。

解决方法：

检查 MX_USART1_UART_Init 函数中的波特率是否与串口终端设置一致。
使用示波器或逻辑分析仪检查 TX 引脚是否有信号。
确认硬件连接正确，TX 和 RX 是否交叉连接（即 STM32 的 TX 接 PC 的 RX，STM32 的 RX 接 PC 的 TX）。
确认串口终端选择了正确的端口和波特率。

问题 2：ADC 值不正确或为 0

可能原因：

ADC 引脚未正确配置为模拟输入。
参考电压不正确。
采样时间不足。
硬件连接错误。

解决方法：

检查 MX_ADC1_Init 函数中 ADC 通道是否配置为模拟输入（在 STM32CubeMX 中设置引脚为 "Analog"）。
确认 VREF+ 引脚连接正确，通常连接到 3.3V。
增加采样时间（如 ADC_SAMPLETIME_71CYCLES_5 或更长）。
使用万用表测量 ADC 输入引脚的电压，确认是否有预期电压。

问题 3：程序无法烧录

可能原因：

ST-Link 驱动未安装或安装不正确。
调试接口选择错误。
芯片被锁定。

解决方法：

确保安装了最新的 ST-Link 驱动程序。
在 STM32CubeIDE 中，确认选择了正确的调试接口（SWD 或 JTAG）。
如果芯片被锁定，尝试解锁（需要特定工具和操作）。

补充说明

ADC 输入电压范围

STM32 的 ADC 输入电压范围通常为 0V 至 VREF+。
对于大多数 STM32 系列，VREF+ 连接到 3.3V，因此输入电压不应超过 3.3V，否则可能损坏 ADC 或读取错误值。

提高 ADC 精度

使用更长的采样时间（如 ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5）以提高精度。
对 ADC 进行校准（调用 HAL_ADCEx_Calibration_Start）。
使用外部参考电压（如果需要更高精度）。

多通道 ADC 读取

如果需要读取多个 ADC 通道，可以配置扫描模式或多通道转换，并在代码中处理多个值。

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​​3. ADC 配置​​

​​使用 STM32CubeMX 配置 ADC​​

​​4. UART 配置​​

​​使用 STM32CubeMX 配置 UART​​

​​5. 主程序实现​​

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​​6. 完整代码示例​​

​​代码说明​​

​​7. 调试与验证​​

​​步骤 1：编译代码​​

​​步骤 2：烧录程序​​

​​步骤 3：连接串口终端​​

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​​8. 常见问题及解决方法​​

​​问题 1：串口无数据输出​​

​​问题 2：ADC 值不正确或为 0​​

​​问题 3：程序无法烧录​​

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7. 调试与验证

步骤 1：编译代码

步骤 2：烧录程序

步骤 3：连接串口终端

步骤 4：验证数据

8. 常见问题及解决方法

问题 1：串口无数据输出

问题 2：ADC 值不正确或为 0

问题 3：程序无法烧录

补充说明

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