一、引言

在嵌入式系统中，多通道ADC采集是常见需求。STM32的ADC支持扫描模式配合DMA，可自动按顺序转换多个通道并将结果存入内存。但许多开发者在使用HAL库时，常遇到采样数据与通道不对应、缓冲区溢出或数据错位等问题。根源往往在于对扫描顺序和DMA缓冲区对齐的理解不足。本文将系统讲解其原理、配置与陷阱。

二、原理讲解

2.1 ADC扫描模式

  • 扫描模式（Scan Conversion Mode）使能后，ADC按规则组序列中预设的顺序依次转换多个通道。
  • 序列长度由NbrOfConversion设定，每个序列项包含通道号、采样时间等。
  • 转换顺序严格遵循序列Rank 1 → Rank N，与通道编号无关。

2.2 DMA传输机制

  • DMA将ADC数据寄存器（DR）的值搬运到用户缓冲区。
  • 在扫描模式下，每次转换完成产生DMA请求，DMA将数据写入缓冲区下一个位置。
  • 缓冲区大小必须≥序列长度，否则数据覆盖或溢出。

2.3 采样顺序与缓冲区对齐

  • 关键点：DMA写入顺序与ADC转换顺序完全一致。即缓冲区第0个元素对应Rank 1通道，第1个元素对应Rank 2通道，依此类推。
  • 若序列配置与缓冲区索引映射错误，将导致通道数据错位。
  • 对齐问题：ADC数据为12位右对齐（默认），存入16位变量时高位补零。若使用8位缓冲区将丢失精度。

三、CubeMX配置步骤

  1. 使能ADC1，选择多通道（如IN0、IN1、IN2）。
  2. 参数设置：
    • Scan Conversion Mode: Enable
    • Continuous Conversion Mode: Disable（单次扫描）或Enable（连续扫描）
    • DMA Continuous Requests: Enable
    • Number Of Conversion: 3
    • Rank 1: Channel 0，采样时间；Rank 2: Channel 1；Rank 3: Channel 2（顺序可自定义）
  3. DMA Settings：添加DMA请求，模式为Circular或Normal，数据宽度Half Word（16位）。
  4. 生成代码。

四、完整代码示例

#include "main.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;
DMA_HandleTypeDef hdma_adc1;

#define ADC_CH_NUM 3
uint16_t adc_buffer[ADC_CH_NUM]; // 缓冲区大小必须≥序列长度

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_DMA_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_ADC1_Init();

  // 校准ADC
  HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);

  // 启动ADC+DMA，循环模式
  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buffer, ADC_CH_NUM);

  while (1)
  {
    // 等待转换完成（循环模式下DMA自动覆盖）
    HAL_Delay(100);
    // 此时adc_buffer[0]对应Rank1通道，[1]对应Rank2，[2]对应Rank3
    // 用户处理数据...
  }
}

static void MX_ADC1_Init(void)
{
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_ENABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 3;
  hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE;
  hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SEQ_CONV;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  // 配置Rank1: 通道0
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_71CYCLES_5;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  // 配置Rank2: 通道1
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_2;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  // 配置Rank3: 通道2
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_2;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_3;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_DMA_Init(void)
{
  __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel1_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel1_IRQn);
}

五、注意事项与常见陷阱

  • 缓冲区大小必须≥序列长度：若小于，DMA会越界写入，导致内存破坏。
  • 采样顺序与缓冲区索引严格对应：Rank1→buffer[0]，Rank2→buffer[1]……修改序列后必须同步调整缓冲区映射。
  • 数据宽度匹配：ADC结果12位，DMA应配置为半字（16位），缓冲区用uint16_t。若用8位将截断数据。
  • 循环模式与正常模式：循环模式下DMA自动重装，适合连续采集；正常模式需手动重启。
  • EOC选择：多通道扫描时，EOCSelection应设为ADC_EOC_SEQ_CONV（序列结束标志），否则DMA请求可能异常。
  • 校准：启动前执行HAL_ADCEx_Calibration_Start提高精度。
  • DMA中断：若使用DMA传输完成中断，注意在回调中处理数据，避免竞争。

六、总结

正确使用STM32 HAL库的ADC多通道DMA扫描模式，关键在于理解采样顺序与缓冲区索引的严格映射关系，并确保缓冲区大小、数据宽度与DMA配置匹配。通过本文的配置步骤和代码示例，开发者可快速实现稳定可靠的多通道采集，避开常见陷阱。