在电子电路设计与应用中，模拟 - 数字转换器（ADC）是极为关键的元件，它能够将模拟信号转换为数字信号，从而便于微控制器进行处理。STM32 微控制器内置的 ADC 具有重要的应用价值，然而很多使用者在长期使用过程中，并未深入了解其内部原理以及如何获得最佳精度。今天，我们将基于 ST 的官方文档，为大家详细整理分享 STM32 的 ADC 实现采样的相关知识。

SAR ADC 内部结构

STM32 微控制器中内置的 ADC 采用了逐次逼近寄存器（SAR）原则，分多步执行转换操作。转换步骤的数量与 ADC 转换器的位数相等，每个步骤都由 ADC 时钟驱动，且每个 ADC 时钟会从结果到输出产生一位。其内部设计基于切换电容技术。
下面我们通过一个 10 位 ADC 示例，来详细介绍 SAR 切换电容 ADC 的基本原理，同时给出带数字输出的 ADC 基本原理图。

采样状态

在采样状态下，电容会充电至输入电压 VIN。具体操作是，开关 Sa 切换至 VIN，并且在采样期间，开关 Sb 闭合。这样，电容就能够获取输入电压的值。

保持状态

当进入保持状态时，输入被断开，电容将保持之前采样得到的输入电压。此时，开关 Sb 打开，然后开关 S1 - S11 切换至接地，同时开关 Sa 切换至参考电压 VREF。

逐次逼近过程

1. 第一个逼近步骤：开关 S1 切换至参考电压 VREF，此时将输入电压 VIN 与 VREF/2 进行比较。
   
2. 后续比较步骤
   • 如果最高有效位（MSB）为 0，那么接下来将与 ?VREF 进行比较，同时开关 S1 切换回接地，开关 S2 切换至 VREF。
     
   • 如果最高有效位（MSB）为 1，那么接下来将与 ?VREF 进行比较，开关 S1 保持接地，开关 S2 切换至 VREF。
     

后续将重复上述步骤，直到得到最低有效位（LSB）为止。我们可以简单地将这个过程理解为二分法，即逐次进行输入电压与参考电压的比较。首次是与 VREF/2 进行比较，后续的比较则根据上次的比较结果来决定。如果 MSB = 1，则与 ?VREF 比较；如果 MSB = 0，则与 ?VREF 比较。之后还会依次决定与 1/8VREF、3/8VREF、5/8VREF、7/8VREF 之一进行比较，如此循环，直到输出最低有效位。