ADC 与 DAC

关键概念

ADC 转换原理（SAR）

多通道 DMA 循环采集

/**
 * @brief ADC1 三通道 DMA 循环采集
 *        CH0(PA0): 外部电压，CH1(PA1): 电位器，CH17: 片内温度传感器
 */
ADC_HandleTypeDef hadc1;
#define ADC_CH_NUM  3
volatile uint16_t adc_values[ADC_CH_NUM];  /* DMA 写入此数组 */

void ADC1_DMA_Init(void) {
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  /* 配置 PA0、PA1 为模拟输入 */
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  GPIO_InitStruct.Pin  = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;  /* 模拟模式：关闭施密特触发器 */
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /* ADC 基本参数 */
  hadc1.Instance                   = ADC1;
  hadc1.Init.ClockPrescaler        = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;  /* 84/4=21MHz */
  hadc1.Init.Resolution            = ADC_RESOLUTION_12B;
  hadc1.Init.ScanConvMode          = ENABLE;          /* 扫描多通道 */
  hadc1.Init.ContinuousConvMode    = ENABLE;          /* 持续转换 */
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge  = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
  hadc1.Init.DataAlign             = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion       = ADC_CH_NUM;      /* 3个通道 */
  hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE;          /* DMA循环模式 */
  hadc1.Init.EOCSelection          = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
  HAL_ADC_Init(&hadc1);

  /* 配置三个通道的采样时间和序列顺序 */
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_56CYCLES;

  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0; sConfig.Rank = 1; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1; sConfig.Rank = 2; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_480CYCLES;   /* 温度传感器需长采样 */
  sConfig.Rank = 3; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);

  /* 启动 DMA 循环采集 */
  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_values, ADC_CH_NUM);
}

/* 读取电压值（mV）*/
uint32_t ADC_GetVoltage_mV(uint8_t ch) {
  return ((uint32_t)adc_values[ch] * 3300) / 4095;
}

NTC 温度传感器读取

#include "math.h"

#define NTC_SERIES_R     10000.0f   /* 串联电阻 10kΩ */
#define NTC_R25          10000.0f   /* 25°C 标称阻值 10kΩ */
#define NTC_B            3950.0f    /* B 系数（查手册）*/
#define VREF             3.3f
#define ADC_MAX          4095.0f

/**
 * NTC 分压电路：VCC → R_series → NTC → GND
 * ADC 测量 R_series 和 NTC 之间的电压（即 NTC 两端电压）
 *
 * R_NTC = R_series × V_NTC / (VCC - V_NTC)
 *       = R_series × adc / (ADC_MAX - adc)
 *
 * Steinhart-Hart 简化（B 值方程）：
 * 1/T = 1/T25 + (1/B) × ln(R/R25)
 * T = 1 / (1/T25 + ln(R/R25)/B)  （K 转 °C 减 273.15）
 */
float NTC_ReadTemp_C(uint16_t adc_raw) {
  float r_ntc = NTC_SERIES_R * (float)adc_raw / (ADC_MAX - (float)adc_raw);
  float inv_t = (1.0f / (25.0f + 273.15f)) + (1.0f / NTC_B) * logf(r_ntc / NTC_R25);
  return (1.0f / inv_t) - 273.15f;
}

/* ── 均值滤波（消除 ADC 噪声）────────────────────── */
#define AVG_N  16

uint16_t ADC_AverageFilter(uint16_t *samples, uint8_t n) {
  uint32_t sum = 0;
  for (uint8_t i = 0; i < n; i++) sum += samples[i];
  return (uint16_t)(sum / n);
}

/* ── 一维卡尔曼滤波 ─────────────────────────────── */
typedef struct {
  float x;      /* 状态估计值 */
  float p;      /* 估计误差协方差 */
  float q;      /* 过程噪声协方差（系统噪声，越小越信任模型）*/
  float r;      /* 测量噪声协方差（越小越信任测量值）*/
  float k;      /* 卡尔曼增益 */
} Kalman_t;

void Kalman_Init(Kalman_t *kf, float q, float r, float init_val) {
  kf->x = init_val;
  kf->p = 1.0f;
  kf->q = q;
  kf->r = r;
}

float Kalman_Update(Kalman_t *kf, float measurement) {
  kf->p += kf->q;                              /* 预测：增加不确定性 */
  kf->k  = kf->p / (kf->p + kf->r);           /* 计算卡尔曼增益 */
  kf->x += kf->k * (measurement - kf->x);     /* 更新估计值 */
  kf->p *= (1.0f - kf->k);                   /* 更新协方差 */
  return kf->x;
}

DAC 输出正弦波

#include "math.h"

#define SINE_POINTS  100   /* 正弦波一个周期的采样点数 */
uint16_t sine_table[SINE_POINTS];

/* 预计算正弦查找表 */
void Sine_TableInit(void) {
  for (int i = 0; i < SINE_POINTS; i++) {
    float rad = (2.0f * 3.14159f * i) / SINE_POINTS;
    /* 将 -1~1 映射到 0~4095（12位DAC） */
    sine_table[i] = (uint16_t)((sinf(rad) + 1.0f) * 2047.5f);
  }
}

/**
 * DAC1 + DMA + TIM6 触发 → 自动输出正弦波
 * 频率 = TIM6 触发频率 / SINE_POINTS
 * 例：TIM6 触发 = 10kHz → 正弦波 = 100Hz
 */
void DAC_Sine_Init(void) {
  /* PA4 为模拟输出（DAC1 CH1） */
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  GPIO_InitStruct.Pin  = GPIO_PIN_4;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /* DAC 启动 DMA（TIM6 TRGO 触发，循环模式）*/
  /* 详细初始化代码由 CubeMX 生成 */
  HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1,
                    (uint32_t*)sine_table, SINE_POINTS,
                    DAC_ALIGN_12B_R);  /* 12位右对齐 */
}