HC32F460_ADC驱动（一）
1. 前言
ADC全称模数转换器（Analog-to-Digital Converter），其核心功能是将连续变化的模拟信号（如温度、电压、电流等传感器输出量），转换为单片机、DSP等数字设备可识别、处理的离散数字信号，广泛应用于工业控制、精密测量、嵌入式系统等多个领域。
目前主流的ADC主要分为两种类型。第一种是逐次逼近型ADC（SAR-ADC），它通过逐位对比参考电压，从高位到低位依次锁定数字输出。该类型ADC结构简单、成本较低，是工业控制、电力电子采样等场景的常用选择，也是多数通用MCU、DSP的标配ADC。
第二种是Σ-Δ型ADC，它通过过采样和噪声整形技术，将量化噪声推至高频段，从而获得极高的采样精度。该类型ADC兼具高精度和中等速度，功耗适中，抗干扰能力优于逐次逼近型，广泛应用于音频采集、高精度传感器信号处理、医疗设备等对精度要求较高的场景，是精密测量领域的重要选择。
HC32F460具有2个12位逐次逼近方式的模拟数字转换器。
了解ADC的核心参数，是选型和应用的关键。
- 分辨率（单位bit）决定采样精度，位数越高误差越小；
- 采样速率决定每秒最大采样次数，影响对高频信号的响应能力；
- 量程即输入电压范围，超量程会导致采样失真；转换精度包含多种误差，决定采样值与真实值的偏差；
- 参考电压是计量基准，稳定性直接影响采样精度。
这些参数相互配合，决定了ADC在不同场景下的适配性，合理选型才能充分发挥其功能价值。
2.ADC的两种类型
2.1 SAR型
逐次比较型模数转换器（SAR型ADC）的核心组成包括逐次逼近寄存器（SAR）、数模转换器（DAC）、电压比较器。三个组成部分协同工作完成模数转换，其过程类似“逐位猜值、逐步逼近”。
第一步，初始化准备，控制逻辑单元将逐次逼近寄存器（SAR）的所有位清零，随后启动转换流程；
第二步，高位优先判断，控制逻辑先将SAR的最高位置为1，其余位保持为0，此时SAR输出的这个数字信号送入数模转换器（DAC），由DAC将该数字信号转换为对应的模拟参考电压；
第三步，对比锁定，将DAC输出的参考电压与输入的模拟信号同时送入电压比较器，若输入模拟电压大于参考电压，说明当前高位的“1”合理，保留该位为1；若输入模拟电压小于参考电压，则将该位置为0，完成最高位的判断与锁定；
第四步，逐位逼近完成，控制逻辑依次对次高位、次低位……最低位重复上述“置1→DAC转换→比较器对比→锁定位值”的操作，直至所有位数全部判断完成，此时SAR中存储的数字信号，就是与输入模拟电压最接近的离散数字信号，最终由控制逻辑单元输出该数字信号。
2.2Σ-Δ型
Σ-Δ型ADC的核心组成包括Σ-Δ调制器（核心模块）、数字低通滤波器。其简要框图如下：
Σ-Δ调制器其实是一种脉冲密度调制（PDM），也即是通过二进制数0和1的密度分布来表征模拟信号幅值的调制技术，当PDM的频率固定时，PDM就演化成为PWM。
2.2.1 Σ-Δ调制器
Σ-Δ调制器如下图所示，由差分器、积分器、比较器、1位DAC四部分组成一个负反馈系统，其中1位DAC只能输出-Vref、Vref两个电压
AD的官网有其运行机制解析（https://www.analog.com/en/resources/interactive-design-tools/sigma-delta-adc-tutorial.html），截取其中若干图片，可以看出其运行机理。
- 图（1）：差分器两端分别输入1V、0V，则输出1-0V=1V
- 图（2）：积分器的输入1V，积分后输出1V，大于0，则比较器输出1，则DAC输出2.5V；
- 图（3）：差分器两端分别输入1V、2.5V，则输出1-2.5V=-1.5V。与积分器的原输出值进行积分累加后为-0.5V，小于0V，则比较器输出0，由此DAC输出-2.5V。
- 图（4）：差分器两端分别输入1V、-2.5V，则输出1+2.5V=3.5V。与积分器的原输出值进行积分累加后为3V，大于0V，则比较器输出1，由此DAC输出2.5V。
以此循环执行
输出101110110110111011011011，共17个1，7个0，按-2.5~2.5V的两成，输出电压值应该是-2.5+17/24*5 = 1.0416≈1.042
直观上可以这么理解，输入信号越大，在A点电压就越高，积分递减到0的速度就会越慢，输出的逻辑1就会越多。因此输出的1的密度会与输入信号成正比。
2.2.2 关键机制说明
- 过采样与1位量化：调制器以 调制器时钟频率
对输入信号进行高速采样（可达 MHz 级）。
- 采用 1位量化器，输出仅为 “+1” 或 “-1”（或 “0”/“1”），形成 1位数据流
- 数据流反映采样值的方式：输入信号幅度越大，1位数据流中 “1” 的密度（或占空比）越高。例如：输入为正满量程 → 数据流几乎全为 “+1”；输入为负满量程 → 数据流几乎全为 “-1”；输入为零 → 数据流中 “+1” 与 “-1” 均匀交替，占空比 ≈ 50%。即同4096内1的数量，即可实现12位的ADC采样。