9. ADC 采集

📝本节您将了解 ADC（模数转换）的工作原理和关键参数，学习如何配置 MSPM0G3519 的 ADC 外设，实现模拟电压的数字化采集与换算。

🏆本章目标

1️⃣ 理解 ADC 的采样原理和分辨率概念

2️⃣ 了解 MSPM0G3519 的 ADC 外设资源

3️⃣ 通过 SysConfig 配置单通道 ADC 采集

4️⃣ 实现电压采集并通过串口输出换算结果

9.1 ADC 基本概念

ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）将连续的模拟电压信号转换为离散的数字值，供 MCU 进行处理和计算。

现实世界的物理量（温度、光照、压力等）通常是模拟信号，传感器将其转换为模拟电压后，需要 ADC 将电压值数字化才能被程序处理。

核心参数

参数	说明
分辨率	ADC 输出的数字位数。12-bit ADC 输出范围 0~4095
参考电压（Vref）	ADC 量程的上限电压。通常为 VDD（3.3V）
采样率	每秒完成转换的次数（SPS，Samples Per Second）
量化精度	最小可分辨电压 = Vref / 2^n

电压换算公式

实际电压 = ADC原始值 × Vref / (2^分辨率 - 1)

对于 12-bit ADC，Vref = 3.3V：

实际电压 = ADC值 × 3.3 / 4095

ADC 原始值	对应电压
0	0V
2048	≈ 1.65V
4095	3.3V

量化精度 = 3.3V / 4095 ≈ 0.806mV（即最小可分辨约 0.8mV 的电压变化）。

9.2 MSPM0G3519 ADC 资源

MSPM0G3519 内置两个 12-bit SAR ADC 模块：

ADC 模块	分辨率	通道数	说明
ADC0	12-bit	多通道	主 ADC 模块
ADC1	12-bit	多通道	辅助 ADC 模块

支持特性：

12-bit 分辨率（0~4095）
多种触发源：软件触发、定时器触发、事件触发
单次转换和连续转换模式
多通道自动扫描
内置温度传感器通道
支持 DMA 自动数据搬运

参考电压

参考源	电压	说明
VDDA	3.3V	芯片模拟供电电压，默认参考
内部参考	1.4V / 2.5V	内部精密参考，精度更高
外部参考	用户提供	通过 VREF 引脚输入

本教程使用 VDDA（3.3V）作为参考电压。

9.3 SysConfig 配置 ADC

9.3.1 添加 ADC 外设

打开 .syscfg 文件
左侧面板找到 ADC12 选项卡
点击 ADD 添加 ADC 实例

9.3.2 配置参数

参数	设置值	说明
Name	`ADC12_0`	实例名称
ADC Module	`ADC0`	选择 ADC0
Resolution	`12 Bits`	12 位分辨率
Trigger Source	`Software`	软件触发转换
Conversion Mode	`Single`	单次转换模式
Sample Timer Source	`Timer`	采样时间源
Sampling Timer	根据需要设置	采样保持时间
Voltage Reference	`VDDA`	参考电压 3.3V

9.3.3 配置通道

参数	设置值	说明
Channel	选择目标通道	对应的 ADC 输入引脚
Input Pin	选择空闲引脚	如 PA25（确认未被板载外设占用）

9.3.4 配置中断（可选）

参数	设置值
Interrupt Enable	`Enable`
Conversion Complete Interrupt	`Enable`

保存并编译。

引脚注意

ADC 输入引脚必须是具有模拟功能的引脚。不是所有 GPIO 都支持 ADC 功能，请参考 MSPM0G3519 数据手册中的引脚复用表。SysConfig 会自动过滤不支持的引脚。

9.4 ADC 相关函数

常用 ADC DriverLib 函数

启动 ADC 转换：

void DL_ADC12_startConversion(ADC12_Regs *adc);

触发一次 ADC 转换（软件触发模式下）。

检查转换是否完成：

bool DL_ADC12_isSampleReady(ADC12_Regs *adc, DL_ADC12_MEM_IDX idx);

返回 true 表示指定通道的转换已完成，结果可读取。

读取转换结果：

uint16_t DL_ADC12_getMemResult(ADC12_Regs *adc, DL_ADC12_MEM_IDX idx);

返回 12-bit 原始 ADC 值（0~4095）。

使能/禁止 ADC 转换：

void DL_ADC12_enableConversions(ADC12_Regs *adc);
void DL_ADC12_disableConversions(ADC12_Regs *adc);

9.5 实验一：单通道电压采集

9.5.1 软件触发 + 轮询方式

最基础的 ADC 使用方式：软件触发转换，轮询等待完成，读取结果。

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include <stdio.h>

void uart_send_string(const char *str)
{
    while (*str) {
        while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
        DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, *str++);
    }
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    char buf[64];

    while (1) {
        // 使能并启动 ADC 转换
        DL_ADC12_enableConversions(ADC12_0_INST);
        DL_ADC12_startConversion(ADC12_0_INST);

        // 等待转换完成
        while (!DL_ADC12_isSampleReady(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0));

        // 读取原始值
        uint16_t adc_raw = DL_ADC12_getMemResult(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0);

        // 换算为电压（mV）
        uint32_t voltage_mv = (uint32_t)adc_raw * 3300 / 4095;

        // 通过串口输出
        sprintf(buf, "ADC: %u, Voltage: %lu.%03lu V\r\n",
                adc_raw, voltage_mv / 1000, voltage_mv % 1000);
        uart_send_string(buf);

        // 停止转换，为下次做准备
        DL_ADC12_disableConversions(ADC12_0_INST);

        delay_cycles(16000000);  // 500ms 采集一次
    }
}

电压换算说明

使用整数运算避免浮点数：

adc_raw * 3300 / 4095 得到毫伏值
输出时将毫伏值拆分为整数部分和小数部分

避免浮点的原因：Cortex-M0+ 没有硬件浮点单元（FPU），浮点运算由软件模拟，效率低且代码体积大。

9.5.2 中断方式

更高效的方式：启动转换后 CPU 不阻塞，转换完成后由中断通知。

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include <stdio.h>

volatile uint16_t adc_result = 0;
volatile uint8_t adc_done = 0;

void uart_send_string(const char *str)
{
    while (*str) {
        while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
        DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, *str++);
    }
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();
    NVIC_EnableIRQ(ADC12_0_INST_INT_IRQN);

    char buf[64];

    while (1) {
        // 启动转换
        DL_ADC12_enableConversions(ADC12_0_INST);
        DL_ADC12_startConversion(ADC12_0_INST);

        // 等待中断完成（也可以做其他事）
        while (!adc_done);
        adc_done = 0;

        // 处理结果
        uint32_t voltage_mv = (uint32_t)adc_result * 3300 / 4095;
        sprintf(buf, "ADC: %u, Voltage: %lu.%03lu V\r\n",
                adc_result, voltage_mv / 1000, voltage_mv % 1000);
        uart_send_string(buf);

        DL_ADC12_disableConversions(ADC12_0_INST);
        delay_cycles(16000000);
    }
}

// ADC0 中断服务函数
void ADC0_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_ADC12_getPendingInterrupt(ADC12_0_INST)) {
        case DL_ADC12_IIDX_MEM0_RESULT_LOADED:
            adc_result = DL_ADC12_getMemResult(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0);
            adc_done = 1;
            break;
        default:
            break;
    }
}

9.6 实验二：简易电压表

结合 ADC 采集和串口输出，实现一个简易电压表：持续采集并以格式化方式显示电压值。

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include <stdio.h>

void uart_send_string(const char *str)
{
    while (*str) {
        while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
        DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, *str++);
    }
}

// 简单均值滤波（采集 N 次取平均）
uint16_t adc_read_average(uint8_t samples)
{
    uint32_t sum = 0;
    for (uint8_t i = 0; i < samples; i++) {
        DL_ADC12_enableConversions(ADC12_0_INST);
        DL_ADC12_startConversion(ADC12_0_INST);
        while (!DL_ADC12_isSampleReady(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0));
        sum += DL_ADC12_getMemResult(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0);
        DL_ADC12_disableConversions(ADC12_0_INST);
    }
    return (uint16_t)(sum / samples);
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    char buf[64];
    uart_send_string("=== Tianqiaoxing Voltmeter ===\r\n");

    while (1) {
        // 采集 16 次取平均，降低噪声
        uint16_t adc_avg = adc_read_average(16);
        uint32_t voltage_mv = (uint32_t)adc_avg * 3300 / 4095;

        sprintf(buf, "  Voltage: %lu.%03lu V  (ADC raw: %u)\r\n",
                voltage_mv / 1000, voltage_mv % 1000, adc_avg);
        uart_send_string(buf);

        delay_cycles(16000000);  // 500ms 更新一次
    }
}

软件滤波

ADC 原始值通常存在一定噪声波动。简单的均值滤波（多次采样取平均）可以有效降低随机噪声。采样次数越多滤波效果越好，但响应速度越慢。

常用滤波方式：

均值滤波：N 次采样取平均，简单有效
中值滤波：N 次采样取中间值，抗脉冲干扰
滑动平均：保持最近 N 次采样的滑动窗口平均值

9.7 ADC 使用注意事项

注意

输入电压不能超过 Vref（3.3V）：超压可能损坏 ADC 引脚。如需测量高于 3.3V 的电压，需外接分压电阻。
模拟输入阻抗：ADC 采样电容需要足够时间充电。如果外部信号源阻抗过高（>10kΩ），需增加采样保持时间或加缓冲运放。
噪声隔离：模拟引脚尽量远离数字信号走线。PCB 布局时注意模拟地和数字地的处理。
单次 vs 连续模式：
- 单次模式：每次需手动触发，适合低频采样
- 连续模式：自动重复采样，适合高频采样或配合 DMA

分压电阻计算（测量高于 3.3V 的电压）：

V_adc = V_in × R2 / (R1 + R2)

例如：测量 0~12V，选 R1=27kΩ, R2=10kΩ
V_adc_max = 12 × 10 / (27+10) = 3.24V < 3.3V ✓

9.8 知识总结

内容	说明
ADC 功能	模拟电压 → 数字值
分辨率	12-bit（0~4095）
参考电压	VDDA = 3.3V
量化精度	约 0.8mV
电压换算	V = ADC × 3300 / 4095（mV）
触发方式	软件触发 / 定时器触发 / 事件触发
降噪	多次采样取平均

掌握 ADC 后，你可以测量各种模拟传感器的输出（温度、光照、电位器、电池电压等）。下一章将学习 DAC 输出——ADC 的逆操作，将数字值转换为模拟电压。

电赛TI：简易PID入门项目

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传感器类

无线通信类

控制类

9. ADC 采集 ​

9.1 ADC 基本概念 ​

核心参数 ​

电压换算公式 ​

9.2 MSPM0G3519 ADC 资源 ​

参考电压 ​

9.3 SysConfig 配置 ADC ​

9.3.1 添加 ADC 外设 ​

9.3.2 配置参数 ​

9.3.3 配置通道 ​

9.3.4 配置中断（可选） ​

9.4 ADC 相关函数 ​

9.5 实验一：单通道电压采集 ​

9.5.1 软件触发 + 轮询方式 ​

9.5.2 中断方式 ​

9.6 实验二：简易电压表 ​

9.7 ADC 使用注意事项 ​

9.8 知识总结 ​