简介：面向嵌入式初学者的STM32 ADC与DMA电压采集仿真资源，基于Proteus平台搭建STM32F103R6系统，实现IO口电压采样、DMA传输，并通过UART与LCD1602实时显示，附带阈值比较和蜂鸣器报警逻辑。资源共992个文件，压缩包约12.57MB，以C源码、H头文件、Proteus工程（pdsprj/pdsbak）及STM32CubeMX配置文件（ioc）为主，另有汇编、链接脚本与编译中间文件，便于完整查看工程结构。已有6862人学习，适合正在学习STM32外设、DMA数据搬运及Proteus仿真的读者。包内提供完整工程源码与原理图，可直接打开仿真验证，也可参考其UART与LCD1602双路显示设计；若需连接串口调试助手，可自行配合VSPD虚拟串口使用。整份资料麻雀虽小五脏俱全，覆盖采集、传输、显示、报警四个环节，是入门物联网数据采集的良好范例。
1. Proteus仿真与STM32F103R6：为什么我推荐用这套方案做ADC采集
把“Proteus仿真、STM32F103R6、ADC+DMA采集、串口与LCD1602双显示”拆开看，其实就是一条完整的嵌入式数据采集链路：传感器电压进来，ADC采样，DMA搬运，CPU解析，串口和LCD1602分别输出。这套方案对正在学STM32的从业者和学生特别友好，因为Proteus能把寄存器状态、波形、功耗都可视化，调试时对着仿真界面改参数比对着开发板猜现象快得多。而且STM32F103R6这颗芯片在Proteus里可以直接跑，不需要烧录器，适合在硬件到货前就把代码逻辑全部验证完。
2. 搭建Proteus仿真环境：STM32F103R6的最小系统与ADC输入电路
2.1 从零搭一个能跑的仿真工程
Proteus 8.x版本以上元件库里可以直接搜到STM32F103R6，搜索关键词用“STM32F103R6”或直接搜“STM32F103”。选完芯片后，第一件事是配置最小系统，这部分和真实硬件几乎一致：NRST引脚要接10k上拉电阻到3.3V，BOOT0引脚下拉到地，VDD接3.3V电源轨，VDDA也要接。主晶振用8MHz，在芯片属性框里把外部晶振频率设为8M，再把两个负载电容各配20pF。Proteus里电源轨直接放一个3.3V的电源端子就行，不需要额外设计稳压电路。
之后建议直接把PA0和PA1接一个电位器分压电路，电位器两端分别接3.3V和GND，中间抽头接PA0，这样旋钮就能连续改变输入电压，方便验证整个采集链路。另一路可以接一颗灵敏度高的滑动变阻器到PA1。注意STM32F103R6的ADC输入阻抗不是无限大，仿真里如果信号源内阻过大，采样电容会拉低电压，导致读数偏低，所以分压电阻建议用10k量级，不要超过100k。
搭建完成后给芯片配置固件文件。Proteus仿真STM32时需要在芯片属性里加载一个后缀为.firmware的固件，这个文件本质上是仿真模型对STM32外设的模拟实现，不是你的代码。你的编译产物通过“Program File”加载进去。很多新手卡在这一步：代码编译出来了但仿真黑屏，多半是固件文件路径没配好。
2.2 ADC输入电路在Proteus里的设计要点
ADC通道的输入电路在Proteus里看似简单，但有几个细节直接影响仿真结果。第一，信号源必须有明确的参考地，和STM32共地，否则ADC读数会漂。第二，接在PA0、PA1上的输入电压不能超过VDDA，Proteus模型虽然不会烧芯片，但超过后ADC会截断到0xFFF，让你误以为代码有问题。
我一般会在每个ADC通道前串一个1k电阻再并联一个100nF电容，组成一个简单的RC低通滤波。这样既模拟了真实硬件上的抗混叠电路，也能让DMA搬出来的数据稳定些。如果需要采集多路电压，推荐用两路电位器分别接PA0和PA1，通过切换寄存器的配置来验证多通道扫描。
这里还要注意：Proteus里电位器元件的名字是POT-HG或POT-LIN，POT-LIN是线性电位器，更适合模拟电压变化。仿真时用鼠标操作电位器上的粉色箭头就可以实时改变阻值，你会直接看到LCD1602和串口的值跟着变，这种反馈是真实硬件做不到的，也是Proteus做ADC仿真最大的优势。
2.3 仿真模型的时钟与启动配置
STM32F103R6在Proteus里的时钟配置是个容易踩坑的点。默认情况下，仿真模型跑的是HSI内部8MHz时钟，而不是你外挂的8MHz晶振。如果你在代码里用RCC_PLLConfig等函数切换时钟源，时序没配置对就会卡在SystemInit的while循环里。
我的做法是：在工程代码里，SystemInit直接用内部时钟跑，不切换外部晶振，因为仿真不需要精确的时钟频率关系。需要模拟串口波特率时，只要保证USART的时钟源和配置一致就够了，不用纠结时钟树是否和真实芯片完全同步。做个简单的测试就能确认：在代码里翻转PB1引脚，用Proteus的逻辑分析仪看输出方波的周期。如果周期和代码里delay函数设定的时间一致，说明时钟配置没问题。这个办法比反复读寄存器靠谱得多。
3. ADC+DMA采集电压数据：核心代码与参数再说明
3.1 DMA和ADC的绑定逻辑
ADC采集电压数据后，如果每次都用CPU去读ADCx->DR寄存器，CPU会被频繁打断，尤其是多路连续采样时，每路数据进来都触发一次中断，整个程序的实时性就崩了。常见做法是把DMA绑到ADC1上，让DMA在外设和内存之间直接搬运数据，搬运完成再通知CPU处理。绑定逻辑的关键是三点：DMA的通道选择、外设地址、内存地址。
STM32F103R6的ADC1只能通过DMA1的Channel1来搬运，这点是从参考手册上来的，没有别的通道可选。外设地址固定是ADC1->DR，内存地址是你要存放数据的数组。DMA方向必须是外设到内存，另外在连续转换模式下，把DMA设成Circular循环模式，这样ADC转换完一轮，DMA自动把数据填到缓冲区对应位置，不需要外部干预。
// 全局缓冲区，存放两路ADC数据 __IO uint16_t adc_buffer[2] = {0}; void ADC_DMA_Config(void) { // 1. 使能ADC1、GPIOA和DMA1的时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); // 2. PA0、PA1配置为模拟输入 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 3. DMA1通道1配置 DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR; // 外设地址 DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)adc_buffer; // 内存地址 DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; // 外设到内存 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 2; // 缓冲长度2 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; // 外设地址固定 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; // 内存地址递增 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; // 16位 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; // 循环模式，自动续传 DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; // 不是内存到内存 DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure); // 4. DMA使能 DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); }这段代码里DMA_BufferSize=2对应两路ADC采集，这里的DMA缓冲长度必须和ADC转换的通道数严格一致。ADC扫描模式下DMA搬运多少次取决于你设置了多少个通道，如果缓冲区长度大于通道数，DMA会反复搬运同一个内存单元，造成数据错位；小于通道数则会把两路数据挤到同一个下标里。DMA_PeripheralDataSize和DMA_MemoryDataSize都配成HalfWord，是因为STM32F103的ADC是12位的，数据寄存器低12位有效，用半字存储正好对齐。
3.2 ADC通道切换与DMA循环模式的配合
ADC的通道切换在常规序列里做，先配ADC1的扫描模式、连续转换模式，再把需要用到的通道按顺序写进RegularChannelConfig函数。这里的顺序决定了DMA缓冲区里的数据排列方式，第一个写的通道，转换结果会落在缓冲区第一个元素里。
void ADC_Config(void) { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; // ADC1配置，独立模式，扫描使能，连续使能 ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 2; // 2个通道 ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); // 通道0排在第一位，采样周期55.5周期 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5); // 通道1排在第二位 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5); // ADC和DMA联动 ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); // 校准流程，别跳过 ADC_ResetCalibration(ADC1); while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); ADC_StartCalibration(ADC1); while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); // 软件触发，开始转换 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); }ADC_NbrOfChannel=2表示扫描序列里有两个通道，转换顺序按RegularChannelConfig调用的序号从1开始递增。ADC_DataAlign_Right是右对齐，低12位有效，DMA搬出来的原始数据直接右移4位就能得到真正的ADC值。校准流程虽然Proteus里不一定真正执行校准动作，但代码要保持和真实芯片一致，否则换到实际硬件上会有精度偏差。
循环模式下，DMA无需CPU干预就会持续搬运新的转换结果，程序主循环里读adc_buffer[0]和adc_buffer[1]拿到的始终是最近一轮的数据。需要注意一个细节：如果主循环读取缓冲区和DMA写入缓冲区的时刻重叠，可能读到半个旧值半个新值。解决这个问题的常见做法是DMA传输完成中断里设置一个标志位，主循环只在标志位置位后读取数据。
3.3 采样周期与滤波的取舍
ADC_SampleTime_55Cycles5表示采样周期为55.5个ADC时钟周期，这个值越大采样越稳定，但转换速度越慢。F103R6的ADC时钟最高14MHz，如果APB2分频后时钟偏高，需要按寄存器设置合理分频。仿真里不用担心真实信号噪声问题，但采样周期仍然会直接影响仿真速度：周期配得越大，DMA搬运数据的频率越低，LCD1602和串口刷新的节奏也会跟着变慢。
我在这类项目里通常把采样时间配成55.5周期，在精度和速度之间取中间值。如果输入信号本身还带高频噪声，建议在主循环里软件滤波，最简单的方法是滑动平均：取最近四次DMA数据求平均，每次新数据进来替换最旧的那个。这种滤波对Proteus仿真的价值在于让LCD1602显示值不抖动，不会出现末尾数字一直跳的情况。
// 两路ADC值滑动平均，窗口4 uint32_t filter_buf[2][4] = {0}; uint8_t filter_index = 0; uint16_t ADC_Filter(uint8_t ch) { uint8_t i; uint32_t sum = 0; filter_buf[ch][filter_index] = adc_buffer[ch]; for (i = 0; i < 4; i++) { sum += filter_buf[ch][i]; } return (uint16_t)(sum / 4); }这个滤波函数的逻辑很简单：一个环形窗口存最近四次采样，每次返回窗口均值。实际项目里窗口大小不是越大越好，窗口太大响应就迟钝，调节电位器后LCD上的数值要一两秒才跟上，反而让人怀疑仿真卡了。窗口设4到8之间最合适。
4. 串口和LCD1602显示电压信息：两种输出各有各的坑
4.1 串口输出：格式化打印与波特率匹配
串口这边我用USART1，PA9是TX，PA10是RX。Proteus里需要通过“Virtual Terminal”元件来观察串口输出，接线是STM32的PA9连到Virtual Terminal的RXD，GND连到一起。Virtual Terminal在Proteus元件库里的关键词是VIRTUAL TERMINAL，找到后直接放上去就行。
串口的初始化配置不难，但有个容易忽略的点：Virtual Terminal默认波特率是9600，如果你在代码里把USART配置成115200，Virtual Terminal上会显示乱码。解决办法是先选好波特率，比如代码里设115200，然后在Virtual Terminal属性里修改Baud Rate为115200。属性里的Data Bits、Parity、Stop Bits也要和代码里USART_InitStructure的配置一一对应。
void USART1_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; USART_InitTypeDef USART_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // PA9复用推挽输出，PA10浮空输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 115200-8-N-1 USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_RX | USART_Mode_TX; USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); USART_Cmd(USART1, ENABLE); }打印电压信息时，推荐用printf重定向到USART1，在工程里实现fputc函数即可。Proteus的Virtual Terminal接收到的文本会持续滚动显示，适合做数据流观测。如果想看得更清楚，可以每500毫秒打印一次，用delay函数控制节奏，避免刷屏太快看不清。
// 重定向printf到USART1 int fputc(int ch, FILE *f) { while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch); return ch; } // 主循环里打印电压信息 printf("ADC0: %.2fV ADC1: %.2fV\r\n", (float)adc_buffer[0] * 3.3f / 4095.0f, (float)adc_buffer[1] * 3.3f / 4095.0f);float打印依赖编译器的printf库，Keil里默认用微型库重定向printf不支持浮点数。需要在Options for Target的C/C++页面勾选“Use MicroLIB”，或者自己实现一个简易的浮点转字符函数。我在Proteus仿真里更推荐直接用整数打印，或者分割成整数部分和小数部分，避免在编译环节上多花时间。
4.2 LCD1602驱动：Proteus里的型号差异
LCD1602在Proteus元件库里有好几个变体，常见的是LM016L，它本质上就是LCD1602。选择LM016L后要注意引脚定义：DB0到DB7对应数据位，RS、RW、E是控制引脚。VSS接地，VDD接5V，VEE是对比度调节，Proteus里直接接一个可变电阻到GND，仿真中和真实硬件一样，不调对比度可能什么都看不见。
驱动LCD1602的核心是时序，E引脚从高到低的下降沿锁存数据。Proteus里这段时序如果GPIO翻转速度太快可能导致LCD收不到数据，因为仿真的LCD模型是按照真实器件的时序要求设计的，E引脚高电平至少要维持几十纳秒。我一般会在E置高后加一个短延时，再接E拉低，让模型稳定锁存。
void LCD1602_SendByte(uint8_t data, uint8_t mode) { // mode: 0=命令, 1=数据 GPIO_Write(GPIOC, data); // 数据写入PC0~PC7 // RS引脚：PC9，命令模式置0，数据模式置1 if (mode) GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_9); else GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_9); // RW引脚：PC8，写模式置0 GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_8); // E引脚：PC10，高脉冲触发写入 GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_10); delay_us(20); // 让E保持高电平足够时间 GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_10); delay_us(100); // 等待LCD内部处理 }PC0到PC7作为数据线，PC8是RW，PC9是RS，PC10是E。GPIO_Write函数一次性把字节写到整个GPIOC的低8位，比逐位操作效率高，也让时序更紧凑。E引脚的高脉冲宽度需要保证够长，Proteus里如果没有这个延时，LCD的Busy标志可能还没被触发，Next操作就被吞掉。
4.3 双输出的调度策略
串口和LCD1602同时显示电压信息，核心问题是调度：LCD1602每次写入前要检查Busy状态，写入周期长，如果每轮都立刻刷新，主循环会被拖慢；串口输出速度快，但刷屏快没有意义。我的策略是分时刷新：主循环里维护两个时间片，每100毫秒更新一次LCD，每500毫秒打印一次串口。
这样做的好处是仿真运行更流畅，因为Proteus本身是事件驱动仿真，每个外设交互都会消耗仿真时间片。LCD的写入周期里有大量delay函数，如果频率太高，仿真器每一步都在等延时过完，整个界面会非常卡。分时刷新还让数据看起来稳定，电位器调节后，LCD上的数字变化有节奏感，串口数据也方便用Excel记录后画波形。
5. 避坑：Proteus仿真的5个高频翻车点
5.1 ADC读数恒为0xFFF，电压怎么调都不变
现象：PA0接电位器，调节旋钮，LCD1602和串口显示的ADC值一直停在4095，换算后永远是3.3V。
原因主要有两个：一是PA0被配置成了数字输入或复用功能，模拟输入模式没有使能；二是VDDA没有正确接电源轨，ADC模块没有参考电压。我在仿真里第一次也碰到过，查了一圈才发现VDDA引脚在Proteus里默认不连接，ADC的参考电压悬空了。
解决：打开STM32F103R6的属性窗口，找到VDDA引脚，接一个3.3V电源端子；代码里核对GPIO_Mode是否等于GPIO_Mode_AIN，不是的话改回来重新编译。如果两者都正确，再检查ADC1时钟是否使能，用RCC_APB2PeriphClockCmd(ENABLE)打开后再试。
5.2 DMA搬运的数据是旧的，改输入电压后数值不变
现象：电位器调节后，LCD显示的电压值过了很久才变化，或者直接不变化，但暂停仿真查看adc_buffer时发现数据是旧的。
原因：DMA没有配成Circular循环模式，只搬运了一次就停了。或者ADC没有启动连续转换模式，软件触发只启动了一轮。
解决：检查DMA_InitStructure里的DMA_Mode，必须设成DMA_Mode_Circular。确认ADC_InitStructure里的ADC_ContinuousConvMode是ENABLE。最后检查ADC_SoftwareStartConvCmd是否在初始化后调用了。这三个配置缺一个，数据流就会断掉。
5.3 串口打印乱码
现象：Virtual Terminal上显示的字符完全不可读，一堆乱码符号。
原因：代码里USART配置的波特率和Virtual Terminal属性里设置的波特率不一致，常见的组合是代码115200、终端9600。另外一个可能原因是时钟配置让USART外设时钟频率计算出的波特率和预期总差一点。
解决：先统一波特率，把Virtual Terminal属性里的Baud Rate改成和代码一致，修改后重启仿真。如果还是乱码，用示波器看TX引脚的实际波形，量出单个位时间，倒推出实际波特率再调整。
5.4 LCD1602显示方块或者花屏
现象：第一行显示一串方块，或者出现部分字符重叠。
原因：LCD1602没有完成初始化时序就往下执行，对比度电压设置不合适。在Proteus里具体表现为VEE引脚电压太高或太低，LCD的显示对比度过弱或过强，字符就变成色块。
解决：把LCD1602初始化里的延时拉长，上电后至少等20ms再发第一条命令。VEE引脚接的电位器阻值调到中段位置，仿真里可以用鼠标拖动旋钮观察字符变化。另外确认代码里的LCD清屏指令0x01执行后有没有等足够时间，LCD内部处理清屏命令需要至少2ms。
5.5 仿真运行极慢，像卡住一样
现象：点击运行后，Proteus界面反应迟钝，电位器操作要等好几秒才有响应，CPU占用率接近满格。
原因：我把delay函数里的延时参数改成了很大的值，比如用delay_ms(1000)做循环节流。LCD1602写入时E引脚高低电平切换太频繁，每一条指令之间都没有间隔。
解决：降低延时参数到合理范围，LCD写入周期通常20到100微秒就够，不需要毫秒级等待。主循环里的刷新间隔用简单的时间计数来控制，比如每跑100次循环刷新一次，而不是每循环都刷新。仿真模式下延时函数和真实硬件消费的时间一样，代码里如果是delay_ms(100)，Proteus就会真的停100毫秒再继续，这种“真实”反而拖垮了仿真的体验。
6. 进阶技巧：DMA双缓冲与多通道自动切换的实用玩法
把ADC通道扩展到四路甚至更多时，上面的固定缓冲方案会暴露两个问题：缓冲数组长度要跟着改，而且主循环读数据无法避免和DMA写入重叠。常见做法是改用DMA双缓冲，DMA在缓冲区前半段和后半段之间交替写入，当DMA传输完成中断触发时，配置为传输过半和传输完成的回调里分别处理两个半区数据。这样在Proteus里跑四路ADC采样，CPU始终有充分时间处理数据，不会出现数据错位。
多通道自动切换的依据是ADC的注入通道和规则通道配合。规则通道负责周期性扫描前几路，注入通道插队处理优先级高的信号。在Proteus仿真里实际意义是：电位器转动触发外部中断，然后注入通道立刻采样一轮，得到的结果反馈到LCD上。代码上只需要在外部中断回调里调用ADC_InjectConfig配置注入通道，再启动注入转换，DMA不会介入注入通道，因为注入数据有单独的数据寄存器。
验证整个数据链路是否正常，我习惯在LCD1602上显示原始的ADC值和计算后的电压值，两行分配：第一行放ADC0和ADC1的原始值，第二行放换算电压。这样仿真时一眼就能看出来是ADC采样出了问题还是换算公式有问题。Proteus还自带波形图工具，直接把DMA搬运的数据以曲线形式画出来，比反复看LCD数字更直观。
这套方案做久了你会发现：真实硬件上调试ADC+DMA链路时，很多问题其实在Proteus里就能提前暴露。比如DMA循环模式没配对、采样周期太短导致数据跳动、LCD1602初始化时序不对，这些坑仿真阶段踩过一遍后，上手真实芯片会顺利很多。我自己的习惯是先把Proteus里的配置调稳定，再移植到开发板上，移植过程中只改时钟源和中断优先级，其他逻辑不动。仿真虽然不能完全替代硬件测试，但至少能帮你把外设配置的黑匣子提前打开，希望帮到你。
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