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简介：面向STM32G431RBT6微控制器的ADC采集工程，完整演示直接读取转换结果与通过DMA搬运数据的两种实现方式，适合嵌入式初学者和需要快速搭建模拟采样通道的工程师参考；工程基于HAL库与寄存器混合方式编写，便于理解驱动细节。压缩包约29.73MB，共1254个文件，其中C源码676个、头文件275个、汇编启动文件97个，承担ADC驱动、DMA传输与底层初始化；另有链接脚本、IAR/MDK工程文件、CubeMX初始化文件，以及编译库文件、调试映射等内容，可直接打开编译并烧录运行。此工程已有1972人学习下载，在同类驱动开发验证中具备一定示范性。工程不仅提供ADC1直接采集与ADC2通过DMA采集的完整例程，还深入涵盖多通道配置、转换序列设计、中断与DMA协同、采样率和传输效率优化等核心知识点，帮助读者理清直接读取与DMA搬运的适用边界：前者适合低速低数据率场景，后者适合高速连续采集；同时附带CubeMX初始化文件，可快速修改采样引脚和时钟，迁移到传感器监测、电源管理或音频处理等实时项目中，实现方案直接可复用。

1. 先把场景想清楚：直接采集和DMA采集到底差在哪

1.1 型号底子与ADC模块

拿到 STM32G431RBT6 这块板子，很多人第一件事就是试它的 ADC。G431 的内核是 Cortex-M4F，主频最高能跑到 170MHz，型号里的 R 代表 LQFP64 封装，B 代表 128KB Flash，T6 是工业级温度范围。这颗芯片做电机控制、数字电源、电池巡检、信号采集这类项目非常多，我最近手里的几个传感器数据采集方案也直接用上了它。

很多人只看重它的内核性能，其实 G431 的外设比 F1/F4 老系列强不少。ADC 模块除了 12 位分辨率，还支持多个转换组、硬件过采样、注入组以及内置校准。单通道转换速度在实际工程里可以做到几 Msps，和 DMA 配合后基本能把 CPU 从搬运数据的琐事里解放出来。G4 系列还带 DMAMUX，外设的 DMA 请求可以灵活路由到不同的 DMA 通道，不像老芯片那样固定映射死，想改路由还得查数据手册。

ADC 的校准功能也不是摆设。芯片出厂后，ADC 的失调值会随温度和供电电压变化，跑高精度测量前最好每次上电都做一次校准。这个动作在 HAL 库里就是一行HAL_ADCEx_Calibration_Start，但顺序错了照样会出问题，后面我会专门说。如果你以前只用过 F103 那种老芯片，刚上手 G431 时最大的感觉应该是“参数太多”：采样时间分了好几组，扫描模式、连续模式、DMA 连续请求随便组合，稍不注意就会生成一份“看起来能用、实际数据错乱”的工程。

1.2 直接模式与 DMA 模式的“分工”

直接采集，说白了就是 CPU 自己盯着 ADC。发起启动，等转换完成，再手动把结果从数据寄存器里读出来。HAL 库里的标准写法是HAL_ADC_Start加HAL_ADC_PollForConversion，最后用HAL_ADC_GetValue取值。优点是代码最短、依赖最少，适合旋钮电压检测、按键检测、慢速温度传感器这类低频场景，几十次到几百次每秒的采样完全够用。缺点是 CPU 在转换期间不能干别的，数据量一高系统就会卡。

DMA 采集就完全不同。转换结束后，ADC 会产生 DMA 请求，数据由 DMA 硬件自动搬到内存数组里，CPU 不需要一条条去读。CPU 只在缓冲区半满或满的时候处理一次数据。配合 G4 的循环模式，DMA 写满缓冲区后自动回到数组头部继续写入，等于形成了一条永不停歇的“数据传送带”。我常用一个类比：直接采集像餐厅服务员一桌一桌等客人点菜，DMA 像厨房里的环形传送带，做好的菜自己往前走，厨师只需要在固定位置取餐。

两种模式的分工差异，直接看表更清楚：

直接采集并不是一个“要被淘汰”的方案，它是最快的验证手段。你在新板上判断 ADC 引脚有没有接对、参考电压是否正常，直接用轮询读一个通道最方便。DMA 则适合真正需要连续采样和数据后处理的场景。选 DMA 不意味着一劳永逸，缓冲区大小、循环模式、扫描序列顺序、数据对齐，任何一项没配好，结果都可能是一堆 0 或者错位数据。

2. CubeMX 配置：给 ADC 安排一条搬运流水线

2.1 时钟树和 ADC 频率怎么选

用 CubeMX 建工程时，第一件事就是把时钟树理顺。G431 的 ADC 时钟可以取自 AHB 分频，也可以用独立的外设时钟源，具体在 ADC 参数页里的Clock Prescaler配置。我的习惯是把 ADC 时钟放到 36MHz 左右，不直接冲最高频率。ADC 时钟越高，理论上采样率越高，但外部电路阻抗稍微大一点，采样电容还没充满电就结束采样，读数反而会偏低或跳动。这种硬件层面的误差，软件滤波都很难完全救回来。

采样率计算有一个非常基础的公式：

转换时间 = 采样时间 + 12.5 个 ADC 时钟周期。

比如 ADC 时钟 36MHz，采样时间选 2.5 周期，单次转换时间就是 (2.5 + 12.5) / 36MHz，约等于 0.417μs，换算下来大概 2.4Msps。如果只是采 10kHz 的正弦波，这个速度绰绰有余。如果在后端还要开硬件过采样，有效吞吐率会明显下降，所以在 CubeMX 里面先算好再配置，免得后期发现数据量不够用。

Sampling Time不建议上来就选最短。普通传感器串一个 1kΩ 电阻进 ADC，至少选 6.5 周期以上，高阻输出还要更长。快速变化的信号配合运放缓冲输出，才能把采样时间压低。项目里如果只管追求速度，最后通常都要回来给传感器加缓冲器，这一课我踩过不止一次。

2.2 DMAMUX 与 DMA 传输方向配置

G4 的 DMA 请求是可以通过 DMAMUX 灵活映射的。CubeMX 里添加 DMA 通道时，把请求来源选成 ADC1，方向选Peripheral To Memory。这一步看着简单，但经常有人选错请求号，导致 ADC 转换完成信号根本没接到 DMA 上，后期查半天都是白查。

DMA 参数里还有一个最容易被忽略的开关：DMA Continuous Requests，中文界面里有的版本叫“DMA 连续请求”。要做连续采样，这个选项必须开。不开的话，DMA 只在第一次规则转换结束后响应一次，后面 ADC 还在转，DMA 却一动不动。开了它以后，只要 ADC 不断产生结果，DMA 就不停搬运，配合循环模式就是我前面说的传送带效果。很多“只有第一批数据、后面全不变”的问题，根源就是这个开关没打开。

数据宽度也要提前定好。G431 的 ADC 结果是 12 位，外设侧选Half Word，内存侧也选Half Word，然后定义一个uint16_t数组。选 32 位不是不能跑，但内存占用翻倍，处理时还容易把高 16 位当成有效数据。我见过有人调试时一直看到很大的数值，其实就是因为数组用的uint32_t，低 12 位是 ADC 值，高 16 位是垃圾，看起来像数据异常。

2.3 连续模式、扫描模式与触发方式

ADC 规则组里，ContinuousConvMode控制是否连续转换。单通道时开启它，ADC 会不停转换同一个通道；关掉就是转一次停一次，需要再次手动触发。ScanConvMode控制是否多通道扫描，开启后 ADC 会按照 Rank 顺序把序列里的通道轮流转一遍。

这里有个容易混的地方：扫描模式和连续模式不是互斥的。扫描模式管的是“这一轮是否把通道 1、2、3、4 都转完”，连续模式管的是“转完一轮后是否立刻开始下一轮”。只开扫描，不开连续，那就是把序列转完一轮之后停下来，下一次启动再转一轮。同时打开，DMA 就会一直接收多通道数据，缓冲区里会不断写入 Rank1、Rank2、Rank3、Rank4、Rank1、Rank2……非常有规律。

触发方式我默认选软件触发，ExternalTrigConv设为ADC_SOFTWARE_START。做电机控制的同学会更熟悉定时器触发，比如用 PWM 的中心对齐信号触发 ADC，让电流采样点固定落在开关管导通的中间时刻。这种场景在 CubeMX 里要把触发源改成定时器输出，但 DMA 搬运和回调处理的做法完全一样。最开始验证功能时，建议先保持软件触发，调通了再换硬件触发，排查问题会更快。

3. HAL 层代码实战：从单通道到多通道

3.1 初始化结构体拆解

直接从 CubeMX 生成的代码会带一堆配置项，我简化出一份核心配置方便看逻辑：

ADC_HandleTypeDef hadc1; DMA_HandleTypeDef hdma_adc1; static void MX_ADC1_Init(void) { hadc1.Instance = ADC1; hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2; hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B; hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE; hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE; hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE; hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE; hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV; hadc1.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE; hadc1.Init.LowPowerAutoPowerOff = DISABLE; hadc1.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN; if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0}; sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1; sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLINGTIME_COMMON_1; if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } }

两个重点说一下。一是ClockPrescaler必须和时钟树配套，改了时钟树后回去看 ADC 参数。二是Overrun我习惯设成ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN，连续采样场景里宁可用新数据覆盖旧数据，也不要把整组数据停在这里。EOCSelection在单通道时用ADC_EOC_SINGLE_CONV，多通道扫描时改成ADC_EOC_SEQ_CONV，否则回调里的转换结束判断会有偏差。

3.2 单通道 DMA 连续采集

初始化完成之后，整个启动代码其实很精简：

#define ADC_BUF_LEN 512 uint16_t adc_buf[ADC_BUF_LEN] __attribute__((aligned(4))); void adc_dma_start(void) { HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1, ADC_SINGLE_ENDED); HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_buf, ADC_BUF_LEN); }

HAL_ADCEx_Calibration_Start在 G4 系列里几乎是必须的。第一次用的时候我贪省事，没校准就直接读，结果所有数据都带了一个固定偏移。不是说白屏或者 0，而是整体偏高或者偏低几个 LSB，做开关量判断还行，做精密测量完全不行。后来老老实实每次启动前校准。

DMA 工作在循环模式时，数据写满 512 个点之后会自动回来继续写。如果主循环正在读数组，DMA 也在写数组，就可能出现“读了半新半旧”的数据。最常用的解决方式是用半满中断和全满中断把缓冲区切成两半，读数据和写数据天然错开：

void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc) { if (hadc->Instance == ADC1) { flag_half = 1; } } void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc) { if (hadc->Instance == ADC1) { flag_full = 1; } }

主循环里看到flag_half就处理前 256 个点，看到flag_full就处理后 256 个点。回调里不要做计算、滤波、打印这类耗时操作，只置标志位就够了。真正要更精细的双缓冲，可以后期用 DMA 的双缓冲模式，但现在这个“半满/全满 + 两块逻辑分区”的方法，对绝大多数项目已经足够稳。

3.3 多通道扫描 + DMA 搬运

多通道场景下，初始化结构体要改三处：ScanConvMode改成ENABLE，NbrOfConversion改成通道总数，EOCSelection改成ADC_EOC_SEQ_CONV。四通道配置示意如下：

hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_ENABLE; hadc1.Init.NbrOfConversion = 4; hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SEQ_CONV; ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0}; sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1; sConfig.Rank = 1; sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLINGTIME_COMMON_1; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig); sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_4; sConfig.Rank = 2; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig); sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_6; sConfig.Rank = 3; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig); sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_9; sConfig.Rank = 4; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);

启动 DMA 之后，缓冲区顺序固定是adc_buf[0]=Rank1、adc_buf[1]=Rank2、adc_buf[2]=Rank3、adc_buf[3]=Rank4，紧接着第二轮又是 Rank1 开始。这个顺序跟 ADC 通道号没有直接关系，通道号只是告诉你硬件接在哪个引脚上，Rank 才是软件处理的顺序。

缓冲区长度有一个非常重要的要求：最好是通道数的整数倍。四通道环境下，我一般把缓冲区长度设成 16 或 32，这样每一帧数据都对齐到缓冲区边界，处理函数不需要额外判断“这一帧从哪里开始”。如果缓冲区长度设成了 15，循环 DMA 写满后会越界到第 16 个位置，而那个位置可能是数组末尾或别的变量，轻则数据错位，重则把内存踩了。

多通道还有一个优势，不同通道可以配不同的采样时间。G4 的采样时间寄存器分成 COMMON_1 到 COMMON_4 几组，比如接高阻传感器的通道给长采样时间，接运放输出的通道给短采样时间。这样能尽量压缩一轮扫描的总时长，又不牺牲那一两路高阻通道的精度。具体枚举名看当前 HAL 版本，CubeMX 里直接选即可。

3.4 滤波和过采样的一点点经验

DMA 采出来的原始值一般不会直接用，软件滤波是家常便饭。滑动平均适合信号本身平稳、只想把毛刺抹平的场景；中值滤波对付偶尔出现的脉冲干扰很有效，但窗口不能太大，否则实时性变差；一阶低通滤波实现简单、响应快，适合控制类系统。先想清楚信号特征，再选滤波方式，不要上来就套一个 64 点平均，那样采样率会掉得很心疼。

G4 的 ADC 还自带硬件过采样，能把结果输出到更高位数。它本质上就是一种高效的硬件平均，但代价是转换时间成倍增加。我的实验感受是，4 倍过采样对噪声改善已经比较明显，16 倍过采样如果不右移，输出值会整体变大，容易超出 12 位范围；右移 4 位后数值回到 12 位，但噪声底明显降低。如果做音频或振动采集，这个特性非常实用。不过千万别为了追求分辨率把过采样开到 256 倍，采样率掉得太厉害，连续采样就变成慢速采样了。

4. 实测中绕不开的坑与排查手册

4.1 校准、启动顺序和常见返回错误

G431 的校准函数在校准失败时会返回错误码。最常见的一种情况是：校准前没有给 ADC 和参考电压足够的上电稳定时间，尤其从低功耗唤醒后立刻校准，偶尔会失败。我的做法是校准前加一个微秒级以上的延时，并检查返回值，失败就重试一次，而不是忽略它继续往下面跑。

启动顺序也要注意。HAL_ADC_Start_DMA并不是任何时候调用都安全。ADC 还在转换中时重复启动，状态机可能卡住。停止时更要讲究顺序，先用HAL_ADC_Stop_DMA停掉 ADC 和 DMA，再去读__HAL_DMA_GET_COUNTER。如果直接停 DMA，ADC 端可能出现 overrun，下次启动时状态不对。重新启动时，我还是建议按“校准 -> Start_DMA”的固定顺序走。这看起来多此一举，但能省掉很多“板子刚上电正常、过一会儿才异常”的疑难杂症。

4.2 DMA 数据不更新或全为 0

DMA 缓冲区里全是 0，这是新手遇到最多的问题。先说硬件：ADC 输入引脚在 CubeMX 里必须设成 Analog 模式，不是普通的 GPIO Input。有人习惯性把引脚配上拉或下拉，这会改变输入阻抗特性，读数就会不对。再查 VDDA 和 VREF+，G431 的 VREF+ 引脚如果没接好，ADC 读数很容易归零或只有噪声。硬件没问题后，再回头看 DMA 请求号，必须选DMA_REQUEST_ADC1。

如果只有第一次有数据，后面全部不更新，大概率是DMAContinuousRequests没开。这个选项关了，DMA 在第一次转换后就不再请求数据，缓冲区里永远只有最初那批值。调试时可以先打断点看缓冲区，第一轮有数据，后面不变，基本就是这个问题。

还有一种隐蔽情况是数组类型。用uint32_t存储 12 位 ADC 数据时，如果又开启了某种硬件过采样，数据实际占用位数变多，后处理时很容易把未定义的位也算进去。我建议统一用uint16_t数组，并加__attribute__((aligned(4)))。这不是玄学，是防止 DMA 搬运过程中访问未对齐地址造成的不可预期问题。

4.3 多通道数据错位与 DMA 长度

多通道扫描最常见的现象是：第 1、3 路看起来正常，第 2、4 路读数像是上一次的残留，或者通道之间互相串。绝大多数原因是缓冲区长度不是通道数的整数倍。四通道但缓冲区长度取 15，DMA 循环写一轮后，下一轮的第一个通道落在位置 16，已经越过数组边界。所以我通常选 8、16、32 这类长度，并在处理逻辑里按通道数取模，这样每一轮数据都对齐得严严实实。

还有一个和芯片状态机有关的坑：DMA 循环模式 + 扫描模式一起用，中途用HAL_ADC_Stop_DMA停止后再次启动，有些状态机会把扫描序列指针指到上次停止的位置，导致通道顺序错乱。我老化测试时遇到过，不是每次都能复现，但一旦踩中很头疼。稳妥做法是停止后延迟几十微秒，再重新校准启动。如果项目允许，最好只在系统初始化时启动一次 DMA，后续不要频繁启停。

4.4 排查速查表

4.5 一个小提醒：先跑通直接采集再上 DMA

不要觉得直接采集太低级就跳过。我每块新板子拿到手，都会先用轮询读一个通道，确认引脚、电压、校准都没问题，再切 DMA。直接采集的代码只要“Start -> PollForConversion -> GetValue”三步，能最快暴露硬件问题。等直接采集稳定了，再上 DMA 单通道，最后才加多通道扫描，这样出错时排查范围很小。

第一次跑 DMA 时，前 128 个点建议不要直接用。启动瞬间的状态未必稳定，尤其从低功耗唤醒之后。我会预先把缓冲区填充成 0xFFFF，等第一次半满中断产生后再取数据。这个小习惯让我少查了很多“玄学”问题。ADC 和 DMA 一旦配合好，后面的数据处理、波形显示、控制算法都会省心很多。

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