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。

数字化过程

ADC 将模拟电压转换为数字值的过程可以分为三步：

采样（Sampling）：以固定时间间隔对模拟电压进行"拍照"，截取瞬时电压值
量化（Quantization）：将采样到的电压值映射到最接近的离散数字等级
编码（Encoding）：将量化后的等级表示为二进制数字，供 MCU 读取

类比理解

ADC 的工作原理，和一支数字体温计一模一样：

你每隔 10 秒测一次体温 → 采样（定时测量）
体温计只能显示到小数点后一位，36.784°C 被归为 36.7°C → 量化（归到最近的刻度）
屏幕上显示出数字 "36.7" → 编码（变成数字）

假设体温计只有 10 个档位：0°C=35.0、1°C=35.5……这样就能用 0~9 的数字表示温度了。MSPM0 的 ADC 有 4096 个档位（12-bit），把 0~3.3V 的电压归到这 4096 个刻度上，每格约 0.8mV。

ADC 数字化过程示意图

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
ADC12 Peripheral	`ADC0`	选择 ADC0
Conversion 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 Period Source	`Sampling Timer 0`	采样周期来源，对应采样时间 0
Desired Sample Time 0	`125 us`	采样保持时间，值越大越稳定但转换越慢
VREFP / VREFM	`VDDA` / `VSSA`	参考电压正/负端（默认值，即 3.3V）
Power Down Mode	`Manual`（默认）	转换完成后自动掉电，需代码重新使能

9.3.3 配置通道

参数	设置值	说明
Channel	`Channel2`（ADC0 通道 2，对应 PA25）	选择对应的模拟输入通道
Input Pin	`PA25`	空闲模拟引脚（SysConfig 自动过滤不可用 GPIO）

9.3.4 配置中断（必选）

必选

本教程三个实验（9.5 和 9.6）均通过中断获取转换结果，此步必须勾选。若未勾选，代码中的中断服务函数和 NVIC_EnableIRQ 将无法编译。

参数	设置值
Interrupt Enable	`Enable`
MEM0 Result Loaded Interrupt	`Enable`

保存并编译。此时编译烧录的只是模板默认代码，仅用于验证配置无误，后续实验会替换 main.c。

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：

需要先使能外设级中断（不开 NVIC）：

void DL_ADC12_enableInterrupt(ADC12_Regs *adc, uint32_t interruptMask);

DL_ADC12_enableInterrupt(ADC12_0_INST, DL_ADC12_INTERRUPT_MEM0_RESULT_LOADED);

然后通过轮询中断索引判断转换是否完成：

DL_ADC12_IIDX DL_ADC12_getPendingInterrupt(const ADC12_Regs *adc);

while (DL_ADC12_getPendingInterrupt(ADC12_0_INST) != DL_ADC12_IIDX_MEM0_RESULT_LOADED);

读取转换结果：

uint16_t DL_ADC12_getMemResult(const 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);

最小 ADC 采集流程：

SYSCFG_DL_init();                            // 1. 初始化（含 ADC 配置）
DL_ADC12_startConversion(ADC12_0_INST);      // 2. 启动转换
// 等待转换完成（中断或轮询中断标志）
result = DL_ADC12_getMemResult(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0);  // 3. 读取结果
DL_ADC12_enableConversions(ADC12_0_INST);    // 4. 重新使能，准备下次转换

9.5 实验一：单通道电压采集

三个实验共用配置

本节（9.5.1、9.5.2）和 9.6 共三个实验，全部复用 9.3 配置好的同一个工程（ADC12_0 + PA25 + UART_0），SysConfig 只需配置这一次，后续不再改动。

每个实验的操作流程都一样：

替换 main.c 中的全部代码（下文代码块会完整给出）
编译 → 烧录 → 串口验证

推荐做法：实验一完成后，在 CCS 中右键工程 → Copy → Paste 复制一份，改名为 adc_voltmeter，再替换其中的 main.c，这样每个实验各留一份完整工程，方便回看。

前置依赖

本实验的电压值通过串口输出，需要在 .syscfg 中同时配置 ADC12 和 UART（UART 配置参考第 5 章串口通信）。

硬件接线

本实验使用 PA25 作为 ADC 输入引脚（该引脚为排针引出，非板载外设）。用杜邦线连接：

测试 0V：PA25 接 GND → 串口显示约 0.000 V
测试 3.3V：PA25 接 3.3V → 串口显示约 3.300 V
测试可调电压：PA25 接电位器（10kΩ）中点，电位器两端接 3.3V 和 GND

严禁超压

PA25 输入电压严禁超过 3.3V（如误接 5V 或面包板电源），超出会损坏 ADC 引脚。

9.5.1 软件触发 + 标志位轮询

最基础的 ADC 使用方式：软件触发转换，中断通知完成（通过标志位轮询等待），读取结果。

以下代码完整替换 main.c 的全部内容，工程里其他文件（SysConfig 生成的 .c/.h、targetConfig 等）一律不动。

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

volatile bool gCheckADC;
volatile uint16_t gAdcResult;

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);
    gCheckADC = false;

    char buf[64];

    while (1) {
        DL_ADC12_startConversion(ADC12_0_INST);

        // 轮询等待中断标志
        while (!gCheckADC);

        // 读取结果
        gAdcResult = DL_ADC12_getMemResult(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0);
        gCheckADC = false;
        // 每次转换后需重新使能（SDK Manual 掉电模式要求）
        DL_ADC12_enableConversions(ADC12_0_INST);

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

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

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

void ADC12_0_INST_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_ADC12_getPendingInterrupt(ADC12_0_INST)) {
        case DL_ADC12_IIDX_MEM0_RESULT_LOADED:
            gCheckADC = true;
            break;
        default:
            break;
    }
}

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（低功耗等待）

更高效的方式：启动转换后 CPU 进入低功耗睡眠（__WFI），转换完成后由中断唤醒并通知。

本实验与 9.5.1 共用同一份 SysConfig 配置，仅将主循环的"忙等待"改为 __WFI() 低功耗等待。以下代码完整替换 main.c 的全部内容。

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

volatile bool gCheckADC;
volatile uint16_t gAdcResult;

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);
    gCheckADC = false;

    char buf[64];

    while (1) {
        DL_ADC12_startConversion(ADC12_0_INST);

        // __WFI 进入低功耗睡眠，中断到来时自动唤醒
        while (!gCheckADC) {
            __WFI();
        }

        // 读取结果
        gAdcResult = DL_ADC12_getMemResult(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0);
        gCheckADC = false;
        DL_ADC12_enableConversions(ADC12_0_INST);

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

        delay_cycles(16000000);
    }
}

void ADC12_0_INST_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_ADC12_getPendingInterrupt(ADC12_0_INST)) {
        case DL_ADC12_IIDX_MEM0_RESULT_LOADED:
            gCheckADC = true;
            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。

本实验不改变接线和外设配置，仍复用 9.3 的 SysConfig 配置，仅在 9.5 的基础上新增均值滤波，降低读数抖动。以下代码完整替换 main.c 的全部内容。

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

volatile bool gCheckADC;
volatile uint16_t gAdcResult;

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++);
    }
}

// 单次 ADC 采集（中断 + 标志位等待）
uint16_t adc_read_once(void)
{
    DL_ADC12_startConversion(ADC12_0_INST);
    while (!gCheckADC);
    gAdcResult = DL_ADC12_getMemResult(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0);
    gCheckADC = false;
    DL_ADC12_enableConversions(ADC12_0_INST);
    return gAdcResult;
}

// 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++) {
        sum += adc_read_once();
    }
    return (uint16_t)(sum / samples);
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();
    NVIC_EnableIRQ(ADC12_0_INST_INT_IRQN);
    gCheckADC = false;

    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
    }
}

void ADC12_0_INST_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_ADC12_getPendingInterrupt(ADC12_0_INST)) {
        case DL_ADC12_IIDX_MEM0_RESULT_LOADED:
            gCheckADC = true;
            break;
        default:
            break;
    }
}

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（本章演示）/ 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

显示类

传感器类

无线通信类

控制类

9. ADC 采集 ​

9.1 ADC 基本概念 ​

数字化过程 ​

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（必选） ​

9.4 ADC 相关函数 ​

9.5 实验一：单通道电压采集 ​

硬件接线 ​

9.5.1 软件触发 + 标志位轮询 ​

9.5.2 中断方式（低功耗等待） ​

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 ​