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1. 项目简介

1.1 实验目标

本实验在 NUCLEO-C542RC 开发板上，使用 STM32C542RCT6 的 ADC1 通道 1 采集 PA1 引脚输入的模拟电压，采用软件触发与转换完成中断方式，每 100 ms 启动一次 ADC 采集，读取 12 位 ADC 原始值并换算为输入电压。

功能需求：

• 使用 ADC1 通道 1 采集 PA1 引脚输入的模拟电压
• 采用软件触发方式启动转换
• 采用转换完成中断方式读取结果
• 每 100 ms 启动一次 ADC 采集
• 读取 12 位 ADC 原始值并换算为输入电压（mV）

开发板和 MCU 型号：NUCLEO-C542RC 开发板，搭载 STM32C542RCT6 MCU。

1.2 实验条件

硬件：

• NUCLEO-C542RC 开发板
• 支持数据传输的 USB Type-C 线（用于连接 ST-LINK 接口）
• 外部电位器（两端接 3.3 V 与 GND，中间滑动端接 PA1）

软件：

• STM32CubeMX2（用于引脚、时钟、ADC 配置与代码生成）
• VS Code + STM32Cube 插件（用于编译、烧录、调试）

2. 硬件说明

2.1 NUCLEO-C542RC 开发板

NUCLEO-C542RC 是 ST 基于 STM32C542RCT6 推出的 Nucleo-64 开发板。主要特性：

• MCU：STM32C542RCT6，Arm Cortex-M33 内核，最高主频 144 MHz，256 KB Flash，64 KB RAM
• 调试器：板载 STLINK-V3EC，支持大容量存储、虚拟串口和调试端口三种功能
• 用户 LED：LD1，连接 PA5
• 用户按键：B1，连接 PC13
• 扩展接口：Arduino Uno V3 和 ST morpho 连接器

本实验使用 PA1 作为 ADC 输入，通过外部电位器提供模拟信号源。

2.2 引脚说明

PA1（ADC1_IN1）：配置为模拟输入模式。ADC1 通道 1 对应 PA1 引脚，不是 PA2（ADC1_IN2）。决定采集哪个引脚的是引脚连接关系——电位器接到 PA1，就必须配置为 ADC1_IN1。

2.3 电位器接线

调节电位器时，PA1 引脚电压在 0 ~ 3.3 V 范围内线性变化。

3. STM32CubeMX2 工程配置

3.1 新建工程

本实验采用 MCU 方式创建工程，即以芯片型号 STM32C542RC 为起点，而非开发板方式。

1. 进入 MCU 选择界面
   启动 STM32CubeMX2，在首页点击 MCU，进入芯片型号选择列表。

2. 搜索并选中芯片
   在 MCU name 输入框中输入 STM32C542RC（或完整型号 STM32C542RCT6），从筛选出的列表中选择对应型号。

3. 填写项目信息
   输入项目名称 ADC_IT 和项目保存路径。项目名称避免使用特殊字符，路径建议使用纯英文目录。

3.2 基础配置

工程创建后，软件自动进入 Pinout 视图。

时钟配置：本工程系统时钟为48 MHz（HSI ÷ 3），ADC 内核时钟为144 MHz（PSIS 时钟），分频系数为 1。

3.3 ADC1 配置

（1）启用 ADC1

在左侧外设列表中找到Analog→ADC1，点击展开。

（2）配置 ADC 参数

在 ADC1 的Parameter Settings中设置：

（3）配置通道

在Channels区域中，将ADC1_IN1的Use Channel设置为启用。

设置完成后，Pinout 视图中PA1自动分配为ADC1_IN1（模拟模式）。

（4）配置 Regular 组

切换到Groups Conversions标签页，配置 Regular 组：

将IN1加入正则转换序列。

（5）使能中断

在NVIC Settings中，勾选ADC1 global interrupt使能转换完成中断。

3.4 项目配置

1. 点击Project Settings，进入工程设置页面。
2. 在IDE Format下拉选项中选择CMake。
3. 在CMake Toolchain下拉选项中选择GCC。
4. 确认配置无误后，点击Generate Code。CubeMX2 会执行配置检查，如果没有错误，开始在指定路径下生成 CMake 工程文件。
5. 生成完成后，项目路径下会出现标准 CMake 工程结构，包含Core/、Drivers/、CMakeLists.txt等。

4. 编程实现

4.1 实现思路

采用“ADC 初始化 + 软件触发 + 转换完成中断 + 100 ms 非阻塞计时”的方案：

mx_system_init() // CubeMX2 生成：时钟、GPIO、ADC1、NVIC 初始化 │ ▼ HAL_ADC_Start() // 激活 ADC（上电、使能，进入 ACTIVE 状态） │ ▼ HAL_ADC_Calibrate() // ADC 校准（要求处于 ACTIVE 状态） │ ▼ 主循环：每 100 ms 调用一次 HAL_ADC_REG_StartConv_IT() │ ▼ 转换完成，触发 ADC1 中断 │ ▼ HAL_ADC_REG_UnitaryConvCpltCallback() │ ▼ 读取原始值 → 换算电压 → 存入全局变量

为什么用中断而不是轮询？轮询方式需要 CPU 持续等待转换完成，中断方式下 CPU 可以在等待期间执行其他任务，本实验的主循环只需做 100 ms 计时，转换和读取由硬件和中断自动完成。

ADC 操作顺序：HAL_ADC_Start()→HAL_ADC_Calibrate()→HAL_ADC_REG_StartConv_IT()。HAL_ADC_Calibrate()内部要求 ADC 已处于 ACTIVE 状态，因此顺序不可颠倒。

各步骤使用的 HAL 函数：

4.2 关键代码

在 VS Code 中打开生成的 CMake 工程，找到Core/Src/main.c，添加以下代码。

（1）文件头部添加头文件与宏定义

#include"main.h"#include"mx_adc1.h"/* Private define ------------------------------------------------------------*/#defineADC_SAMPLE_PERIOD_MS100U/* 采样周期：每 100ms 启动一次转换 */#defineADC_REF_VOLTAGE_MV3300U/* 模拟参考电压 Vref+ = 3.3V (mV) */#defineADC_RESOLUTIONHAL_ADC_RESOLUTION_12_BIT/* 分辨率 12 位 */

（2）全局变量与句柄

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/statichal_adc_handle_t*s_adc1_handle;/* ADC1 句柄（来自 mx_adc1_gethandle）*//* 供调试器监视窗口查看的全局变量 */volatileuint32_tg_adc_raw_value=0U;/* ADC 原始值 0 ~ 4095 */volatileuint32_tg_adc_voltage_mv=0U;/* 换算电压 (mV) 0 ~ 3300 *//* Private functions prototype -----------------------------------------------*/staticvoidadc_start_conversion(void);

（3）主函数

intmain(void){if(mx_system_init()!=SYSTEM_OK){return(-1);}else{/* 获取 ADC1 句柄 */s_adc1_handle=mx_adc1_gethandle();if(s_adc1_handle==NULL){return(-1);}/* ADC 操作流程： 1. HAL_ADC_Start() -- 激活 ADC（上电、使能，进入 ACTIVE 状态） 2. HAL_ADC_Calibrate() -- ADC 校准（要求处于 ACTIVE 状态） 3. HAL_ADC_REG_StartConv_IT() -- 软件触发启动单次转换 + EOC 中断 */if(HAL_ADC_Start(s_adc1_handle)!=HAL_OK){return(-1);}if(HAL_ADC_Calibrate(s_adc1_handle)!=HAL_OK){return(-1);}while(1){/* 非阻塞计时：每 100ms 软件触发启动一次 ADC 单次转换 */adc_start_conversion();}}}

（4）100 ms 非阻塞触发函数

/** * @brief 每 100ms 软件触发启动一次 ADC 单次转换，转换完成后由中断回调处理。 * @note 单次转换 EOC 后 HAL 自动将 regular 组状态恢复为 IDLE， * 故可反复调用 HAL_ADC_REG_StartConv_IT() 而不会返回 HAL_BUSY。 */staticvoidadc_start_conversion(void){staticuint32_tlast_tick=0U;if((HAL_GetTick()-last_tick)>=ADC_SAMPLE_PERIOD_MS){last_tick=HAL_GetTick();(void)HAL_ADC_REG_StartConv_IT(s_adc1_handle);}}

（5）转换完成回调函数

/** * @brief ADC 常规组单次转换完成回调（重载 HAL 弱函数）。 * 读取 12 位 ADC 原始值并换算为输入电压 (mV)。 * @param hadc ADC 句柄指针 */voidHAL_ADC_REG_UnitaryConvCpltCallback(hal_adc_handle_t*hadc){(void)hadc;/* 读取 ADC 原始值（12 位单次转换结果，0 ~ 4095） */g_adc_raw_value=(uint32_t)HAL_ADC_REG_ReadConversionData(s_adc1_handle);/* 电压换算：mV = raw * Vref / 满刻度(4095) （ST 官方宏，第三个参数须为 HAL_ADC_RESOLUTION_12_BIT 枚举值，单位 mV） */g_adc_voltage_mv=(uint32_t)HAL_ADC_CALC_DATA_TO_VOLTAGE(ADC_REF_VOLTAGE_MV,g_adc_raw_value,ADC_RESOLUTION);}

代码说明：

• mx_adc1_gethandle() 返回 CubeMX2 生成的 ADC1 句柄。
• HAL_ADC_Start() 使 ADC 进入 ACTIVE 状态，必须先调用。
• HAL_ADC_Calibrate() 校准 ADC，要求 ADC 已处于 ACTIVE 状态，所以必须在 HAL_ADC_Start() 之后调用。
• HAL_ADC_REG_StartConv_IT() 以软件触发方式启动一次单次转换，并使能转换完成中断。
• HAL_ADC_REG_UnitaryConvCpltCallback() 是 HAL2 中的转换完成回调函数，用户重写这个同名函数，中断发生时 HAL 自动调用它。
• HAL_ADC_REG_ReadConversionData() 读取 12 位转换结果。
• HAL_ADC_CALC_DATA_TO_VOLTAGE() 是 ST 官方宏，将原始值换算为电压（mV）。第三个参数必须传 HAL_ADC_RESOLUTION_12_BIT 枚举值。
• g_adc_raw_value 和 g_adc_voltage_mv 声明为 volatile，供调试器监视窗口查看。

5. 编译烧录与运行测试

5.1 编译与烧录

1. 打开工程：用 VS Code 打开 CubeMX2 生成的 CMake 工程文件夹（如 ADC_IT_cmake）。
2. 编译：点击 VS Code 底部状态栏的Build按钮，或使用命令面板执行 CMake 构建。编译完成后，终端应输出退出代码为 0，无报错提示。
3. 连接开发板：用支持数据传输的 USB Type-C 线连接 NUCLEO-C542RC 的 ST-LINK USB 口（CN1）。
4. 确认设备识别：打开设备管理器，在“端口 (COM 和 LPT)”下应能看到STLink COMx。
5. 烧录：点击 VS Code 中的运行按钮，将固件下载到开发板。

5.2 运行与测试

烧录完成后，程序自动开始运行。使用调试器监视窗口查看 g_adc_raw_value 和 g_adc_voltage_mv 两个全局变量的值。

测试方法：用断点读取稳定值

1. 在 HAL_ADC_REG_UnitaryConvCpltCallback() 回调内最后一条赋值语句（换算 g_adc_voltage_mv 那一行）设断点。停住时正是本次转换结果刚写入两个变量的瞬间，数值稳定不再变化。
2. 程序每 100 ms 停在断点一次（停在 ADC 中断上下文，不影响查看全局变量）。
3. 分别在 PA1 接 GND、接 3.3 V、接电位器中间挡位三种状态下，记录变量 g_adc_raw_value 和 g_adc_voltage_mv 的值。

• 测试 1：PA1 接 GND
  通过电位器调到头使 PA1 电压为 0 V，观察监视窗口：

  • g_adc_raw_value 接近 0
  • g_adc_voltage_mv 接近 0 mV

• 测试 2：PA1 接 3.3 V
  通过电位器调到头使 PA1 电压为 3.3 V，观察监视窗口：

  • g_adc_raw_value 接近 4095
  • g_adc_voltage_mv 接近 3300 mV

• 测试 3：PA1 接电位器中间挡位
  调节电位器到中间位置，观察监视窗口：

  • g_adc_raw_value 在 0 ~ 4095 之间
  • g_adc_voltage_mv 与原始值按公式 电压 = raw × 3300 / 4095 对应

测试结果：

测试结果总结：
☑ 编译通过，无错误
☑ 烧录成功
☑ ADC1 通道 1 正确采集 PA1 电压
☑ 软件触发 + 转换完成中断方式工作正常
☑ 每 100 ms 启动一次采集
☑ 12 位原始值读取与电压换算正确
功能正常。

6. 小结

本实验通过 ADC1 通道 1 采集 PA1 引脚输入的模拟电压，实现了软件触发、转换完成中断、12 位原始值读取与电压换算，掌握了 STM32C5 系列 ADC 的配置与使用方法。

核心逻辑可以概括为：“ADC 激活 → 校准 → 每 100 ms 软件触发单次转换 → 中断中读取原始值 → 换算电压”。

有两点需要注意：

• ADC 操作顺序不能颠倒。
  HAL_ADC_Start() 先使 ADC 进入 ACTIVE 状态，然后才能调用 HAL_ADC_Calibrate() 校准，最后才能用 HAL_ADC_REG_StartConv_IT() 启动转换。

• HAL2 的回调函数名与经典 HAL 不同。
  转换完成回调是 HAL_ADC_REG_UnitaryConvCpltCallback()，启动函数是 HAL_ADC_REG_StartConv_IT()，与经典 HAL 的 HAL_ADC_ConvCpltCallback() 和 HAL_ADC_Start_IT() 不同，使用时需注意区分。

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