GD32 ADC外设学习笔记
一、ADC外设核心作用
ADC（模数转换器）的核心功能是将外部/内部的模拟信号转化为数字信号，实现MCU对模拟量的采集与处理，是嵌入式开发中模拟信号采集的核心外设。
二、GD32 ADC核心硬件基础
GD32片上集成12位逐次逼近式ADC，核心算法为二分搜索法的硬件实现，支持18个采样通道（16个外部通道+2个内部通道），转换结果可配置数据对齐方式，且自带硬件过采样机制，能减少MCU计算负担、提升采样性能。
逐次逼近式转换原理（12位为例）
转换本质是在0~Vref参考电压范围内，通过n次比较确定未知模拟电压Vx的数字编码，12位ADC需精确执行12次比较：
- 第一次比较：内部DAC输出Vref/2（对应二进制1000 0000 0000）；
- 若Vx > Vref/2，最高位置1，下一次比较Vref/2 + Vref/4；若Vx < Vref/2，最高位清0，下一次比较Vref/4；
- 重复上述二分比较过程，直至确定最低位，最终得到12位数字编码。
三、GD32 ADC关键核心特征
1. 可配置分辨率（精度可控）
支持12/10/8/6位四档分辨率，分辨率为采样数据的位数，位数越高，电压采集精度越高：
- 分辨率对应采样点数
- 电压换算公式：GD32 ADC默认测量电压范围0~3.3V，采集电压与采样数据呈线性关系，公式为 ：
- 示例：12位分辨率下，，Vadc范围0~4095。
2. 前置校准功能（提升转换准确性）
ADC转换需与内部基准电压对比，内部电压不受外部影响，校准可消除硬件偏移误差：
- 校准流程：软件设置CLB=1初始化校准，校准期间CLB位保持1，完成后由硬件清0，校准完成前不可使用ADC；
- 校准时机：A/D转换前必须执行；当ADC运行条件改变（VDDA、VREF+、温度变化等），建议重新校准；
- 校准效果：生成的校准系数仅在ADC掉电前有效，全程内部应用，无需用户干预。
3. 可编程采样时间（采样率可调）
可通过软件配置ADC的采样时间（即采样率），兼顾采样速度与采样准确性：采样时间越短，转换速度越快，但可能导致采样精度下降；采样时间越长，精度越高，转换速度越慢。
4. 双数据存储对齐方式
转换结果可配置最高有效位（左）对齐或最低有效位（右）对齐，适配不同的MCU数据处理习惯，方便用户对采样数据进行运算与解析。
5. DMA请求支持（减轻CPU负担）
ADC采样完成后，可通过DMA直接将转换结果传输到指定内存区域，无需CPU参与数据搬运，大幅降低CPU占用率，适合高速、连续采样的应用场景。
四、GD32 ADC采样通道
总计18个采样通道，包含外部通道与内部通道，覆盖绝大多数模拟信号采集需求：
- 外部模拟输入通道：16个，可采集外部传感器、模拟电路等外部模拟信号；
- 内部模拟输入通道：2个
- 温度传感通道（VSENSE）：采集MCU内部的温度信号，实现芯片温度检测；
- 参考电压输入通道（VREFINT）：采集芯片内部基准电压，可用于校准外部采样、检测电源稳定性。
五、GD32 ADC运行与转换模式
1. 两种运行触发模式
- 软件触发：通过软件配置寄存器启动ADC转换，灵活可控，适合单次、按需采样的场景；
- 硬件触发：通过外部硬件信号（如定时器、GPIO引脚）触发转换，无需CPU干预，适合定时、同步采样的场景。
2. 五种核心转换模式
可根据实际应用需求灵活选择，支持单通道/多通道、单次/连续等多种采集方式：
- 单通道/扫描序列通道转换：单通道仅转换指定单个通道；扫描模式按顺序转换预设的一组通道；
- 单次运行模式：每次触发后，仅对选择的通道完成一次转换，转换结束后停止；
- 连续运行模式：触发后，对选择的通道连续循环转换，直至软件停止或触发中断；
- 间断运行模式：将预设的扫描通道分为若干组，每次触发仅转换一组通道，适合多通道分时采样；
- 同步模式：适用于集成多个ADC的GD32型号，可实现多ADC同步采样，提升多通道采集的同步性。
六、特色功能模块
1. 模拟看门狗（转换结果阈值监测）
ADC内置转换结果阈值监测器，即模拟看门狗功能：可预设采样电压的上下阈值，当ADC转换结果超出阈值范围时，触发相应事件，实现模拟信号的超限监测，适合需要对采集量进行阈值报警的场景（如电压过压/欠压检测）。
2. 中断产生机制
支持两类核心中断，方便用户通过中断方式处理ADC数据，无需轮询，提升程序效率：
- 常规序列转换结束中断：单通道/扫描通道的转换序列完成后触发，用于读取采样结果；
- 模拟看门狗事件中断：采样结果超出预设阈值时触发，用于处理超限异常。
3. 硬件过采样机制（降噪声、提精度）
GD32 ADC自带硬件过采样，无需MCU软件计算，是提升采样精度的重要手段：
- 核心原理：对同一个模拟信号进行多次采样，将结果合并为16位数据存储（对应16位数据寄存器），本质是“多测几次再平均”，降低采样噪声；
- 关键参数：可调整过采样率（2x~256x）、高达8位的可编程数据移位；
- 性能trade-off：过采样率越高，采样精度越高，但ADC转换速度越慢，需根据场景平衡精度与速度。
七、硬件供电与输入范围要求
1. 模块供电电压
ADC模块独立供电要求：2.6V ~ 3.6V，嵌入式开发中常规配置为3.3V（与MCU核心供电一致，无需额外供电电路）。
2. 通道输入电压范围
所有采样通道（外部+内部）的输入电压范围均为0~3.3V，超出该范围的模拟信号需先通过分压、限幅电路处理，否则会损坏ADC硬件。
八、核心知识点总结
- GD32 ADC为12位逐次逼近式，核心是二分搜索法硬件实现，支持18个采样通道；
- 分辨率决定采样精度，电压换算公式为，转换前必须执行前置校准；
- 支持DMA传输、模拟看门狗、硬件过采样等特色功能，大幅降低CPU负担、提升采样性能；
- 采样通道输入电压0~3.3V，模块供电2.6V ~ 3.6V，常规均配置为3.3V；
- 所有功能（采样时间、对齐方式、过采样率、转换模式）均可软件配置，灵活性高。