编辑

一、代码原理解析

这段代码围绕 “STM32 中 ADC 数据采集、整数与小数计算及串口输出” 展开，核心是数据类型的使用（unsigned int/signed int/float ）、ADC 数值转换及串口打印，拆解如下：

1. 变量类型与用途

• unsigned int AD;：
  无符号整型变量，用于存储 ADC 原始采样值（ADC 通常输出 12 位、10 位等无符号数据，用 unsigned int 适配其范围 ）。
• signed int ADC_ConvertedValueLoca;：
  有符号整型变量，用于存储整数形式的转换结果（如电压值按比例换算后的整数部分，或直接放大后的整数值 ）。
• float ADC_ConvertedValueLocal;：
  单精度浮点型变量，用于存储带小数的精确转换结果（如实际电压值，包含小数部分 ）。

2. ADC 数据采集与转换

AD = HAL_ADC_GetValue(&hadc3);

• 功能：调用 STM32 HAL 库函数 HAL_ADC_GetValue ，从 hadc3 对应的 ADC 通道读取原始采样值，存入 AD 。假设 ADC 是 12 位分辨率，AD 的范围是 0~4095（对应电压范围 0~3.3V ，需结合硬件电路 ）。

ADC_ConvertedValueLoca = AD * 3.3 / 4096;

• 原理：将 ADC 原始值（AD ）转换为整数形式的电压值（或比例值 ）。公式 AD * 3.3 / 4096 的意义是： 3.3 是参考电压（假设 ADC 参考电压为 3.3V ）。 4096 是 12 位 ADC 的满量程值（2^12 = 4096 ）。 计算结果本应是带小数的电压值（如 1.234V ），但因存储到 signed int 变量中，小数部分会被截断，只保留整数部分（如 1 ）。

ADC_ConvertedValueLocal = (double)ADC_value * 3.3 / 4096;

• 原理：将 ADC 原始值（ADC_value ，需与 AD 逻辑一致 ）转换为浮点型电压值。通过 (double) 强制类型转换，让计算过程在浮点环境下执行，保留小数部分，结果更精确（如 1.234567 ）。

3. 串口输出（sprintf + HAL_UART_Transmit ）

sprintf((char*)ch1, "AD:%5d", AD);
ch1[18] = '\r';
ch1[19] = '\n';
HAL_UART_Transmit(&huart1, ch1, sizeof(ch1), 0x10);

• sprintf 功能：将 AD 的值按格式 AD:%5d 写入字符串数组 ch1 。%5d 表示以 5 个字符宽度输出整数，不足补空格。
• 手动添加换行符：ch1[18] = '\r'; ch1[19] = '\n'; 是在字符串指定位置添加回车（\r ）和换行（\n ），让串口输出的内容自动换行，符合串口调试习惯。
• HAL_UART_Transmit：调用 STM32 HAL 库函数，将 ch1 中的数据通过 huart1 对应的串口发送出去，sizeof(ch1) 是发送数据长度，0x10 是超时时间（可根据需求调整 ）。

4. 整数与浮点输出对比

• 整数输出：
• sprintf((char*)ch1, "AD:%10d", ADC_ConvertedValueLoca);
• 因 ADC_ConvertedValueLoca 是 signed int ，存储的是截断后的整数（如 1 ），串口输出为整数形式（如 AD: 1 ）。
• 浮点输出：
• printf("计算得出电压值 = %f V \r\n", ADC_ConvertedValueLocal);
• ADC_ConvertedValueLocal 是 float 类型，%f 格式符会输出带小数的数值（如 计算得出电压值 = 1.234567 V ），保留小数精度。

二、应用方法与场景

这种 ADC 数据采集、类型转换及串口输出的代码，常见于嵌入式系统的模拟量采集与调试场景（如电压、温度、传感器信号采集 ），以下说明典型用法和扩展思路：

1. 典型应用场景（电压采集与调试 ）

在 STM32 项目中，采集外部电压并通过串口实时打印，流程如下：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>

ADC_HandleTypeDef hadc3;
UART_HandleTypeDef huart1;
char ch1[20]; // 假设串口发送缓冲区大小为 20

int main(void) {
    // 1. 初始化 ADC、UART（需调用 HAL_ADC_Init、HAL_UART_Init 等 ）
    HAL_Init();
    MX_ADC3_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    unsigned int AD;
    signed int ADC_ConvertedValueLoca;
    float ADC_ConvertedValueLocal;

    while (1) {
        // 2. 采集 ADC 原始值
        AD = HAL_ADC_GetValue(&hadc3);

        // 3. 转换为整数形式（截断小数 ）
        ADC_ConvertedValueLoca = AD * 3.3 / 4096;

        // 4. 串口输出原始值（整数 ）
        memset(ch1, 0, sizeof(ch1)); // 清空缓冲区
        sprintf((char*)ch1, "AD:%5d", AD);
        ch1[18] = '\r';
        ch1[19] = '\n';
        HAL_UART_Transmit(&huart1, ch1, sizeof(ch1), 0x10);
        HAL_Delay(1000);

        // 5. 串口输出整数转换值
        memset(ch1, 0, sizeof(ch1));
        sprintf((char*)ch1, "AD:%10d", ADC_ConvertedValueLoca);
        ch1[18] = '\r';
        ch1[19] = '\n';
        HAL_UART_Transmit(&huart1, ch1, sizeof(ch1), 0x10);
        HAL_Delay(1000);

        // 6. 转换为浮点形式（保留小数 ）
        ADC_ConvertedValueLocal = (double)AD * 3.3 / 4096;

        // 7. 串口输出浮点值（用 printf 更方便，需重定向 printf 到串口 ）
        printf("AD转换原始值 = 0x%04X \r\n", AD);
        printf("计算得出电压值 = %f V \r\n", ADC_ConvertedValueLocal);
        HAL_Delay(1000);
    }
}

• 关键步骤： 初始化 ADC 和 UART 外设，确保硬件能正常工作。 循环采集 ADC 数据，分别转换为整数和浮点类型，通过串口输出，方便调试观察。

2. 扩展与优化思路

• 精度优化：
  ADC 原始值是整数，转换为电压时若需更高精度，可改用 double 类型（如 ADC_ConvertedValueLocal = (double)AD * 3.3 / 4096; ），或调整公式中的比例系数。
• 串口输出优化：
• 重定向 printf 到串口：通过实现 fputc 函数，让 printf 直接输出到串口，简化代码（替代 sprintf + HAL_UART_Transmit ）：
• int fputc(int ch, FILE *f) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, 0xFFFF); return ch; }
• 使用环形缓冲区：若数据发送频繁，避免 HAL_UART_Transmit 的阻塞问题，可结合 DMA 或环形缓冲区实现非阻塞发送。
• 数据滤波：
  实际采集的 ADC 数据可能有噪声，可添加滑动平均滤波等算法，提升数据稳定性：
• #define FILTER_LEN 10 unsigned int adc_buff[FILTER_LEN] = {0}; unsigned int adc_index = 0; unsigned int adc_sum = 0; // 采集并滤波 AD = HAL_ADC_GetValue(&hadc3); adc_sum -= adc_buff[adc_index]; adc_buff[adc_index] = AD; adc_sum += AD; adc_index = (adc_index + 1) % FILTER_LEN; AD = adc_sum / FILTER_LEN; // 取平均值作为滤波后的值

3. 注意事项

• 类型截断问题：
  ADC_ConvertedValueLoca = AD * 3.3 / 4096; 中，若 AD 是 unsigned int ，3.3 是 double ，计算时会自动转换为浮点，但赋值给 signed int 会截断小数，若需保留小数必须用 float/double 存储。
• 串口缓冲区溢出：
  ch1 数组大小为 20，若 sprintf 输出的内容超过数组长度，会导致缓冲区溢出，破坏其他内存数据。需确保格式化字符串长度不超过数组大小，或动态分配缓冲区。
• ADC 校准与参考电压：
  实际应用中，需先执行 ADC 校准（HAL_ADCEx_Calibration_Start ），且确保参考电压（3.3V ）与硬件一致，否则转换结果会有偏差。

总结

这段代码的核心是利用不同数据类型（int/float ）处理 ADC 原始值的整数与小数转换，结合串口输出实现数据调试。理解其原理后，可扩展到温度传感器（如 NTC ）、电流采集等场景，通过优化滤波、串口输出方式，提升数据处理的精度和稳定性，是嵌入式模拟量采集与调试的基础实践。