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简介：这是一份基于STM32F103微控制器的AD多通道采集与OLED显示完整工程资源，面向嵌入式系统初学者与开发者，适用于传感器网络、数据记录、信号分析等常见场景，解决从多路模拟信号采集、ADC配置到OLED实时显示的开发需求。包内共433个文件，约13.43MB，以79个C源码和87个H头文件为主，涵盖ADC初始化、数据读取、OLED驱动、数据处理等完整功能模块；同时包含uvprojx等工程配置文件、hex烧录文件及编译中间产物，方便直接打开工程或对照学习。已有386人浏览学习。通过该资源，读者可深入理解STM32CubeMX、HAL库配置方式，掌握多通道采样、中断处理、滤波算法以及I2C/SPI控制OLED的完整流程；同时兼顾电源管理与异常处理设计思路，无论入门还是项目复用都极具参考价值。

1. 一块屏、八路采样：这个标题背后的真实需求

把"AD多通道采集"、"STM32F103"和"OLED"三个词拼在一起，最常见的现实场景就出来了：一块F103最小系统板上接了电位器、电流互感器二次侧或热敏电阻分压网络，要求在调试台上不连电脑就能看到多路电压值。最常见做法是用STM32CubeMX把ADC配置成多通道加DMA循环采集，再用I2C挂一块0.91寸OLED，屏上直接输出每一路的实时电压，省掉上位机和串口线。

新手常犯的错是裸轮询：HAL_ADC_Start加HAL_ADC_PollForConversion，采完一路再切下一路，数据是能出，但CPU空转、通道切换有间隙，采集几路之后主循环节奏全乱。标题里这组词组合起来，真正值钱的是"多通道"和"显示"之间的衔接方式——DMA把采集结果连续填进缓冲区，主循环只管取数、格式化、刷屏。这套路是仪表、电池监测、电源调试这类场景的通用骨架，看完本文你得到的是一份能直接抄走的工程模板。

2. STM32F103 的 ADC 多通道采集原理：扫描规则组与 DMA 搬运

2.1 规则组扫描模式：通道顺序由配置决定

STM32F103 的 ADC1 有 16 个外部通道，但数据寄存器 DR 只有一个。所谓"多通道采集"，本质上是用规则组（Regular Group）按顺序把多个通道依次接入转换器，每一个通道的结果在转换完成后写入同一个 DR，如果程序不及时读走，下一个通道的转换结果会直接覆盖掉旧值。

开启扫描模式（Scan Mode）后，规则组的转换顺序完全由 CubeMX 里添加通道的顺序决定。也就是说 IN0、IN1、IN2 按 rank 1、2、3 排列，转换结果就按这个顺序依次出现，跟引脚物理编号无关。例如在 CubeMX 的 ADC1 配置面板里依次添加 IN0、IN1、IN2…IN7，转换完一轮后 DR 里出现的顺序必然是 IN0 最先、IN7 最后。如果通道配置顺序写成 IN3、IN1、IN0，那么缓冲区里前三项对应的是 IN3、IN1、IN0 的值——这是后面读数组判断电压最关键的前提，错了整屏数据全部张冠李戴。

规则组还有一个容易忽略的限制：扫描模式下如果不开连续转换，一轮扫完就会停住，下一次触发才重新开始。配合 DMA 循环模式时，一般把连续转换（Continuous Conversion）打开，让 ADC 自己一轮接一轮跑，DMA 持续把 DR 里的结果搬到内存，三者形成一个不受 CPU 干预的数据流水线。

2.2 DMA 循环搬运：让 ADC 自己往数组里写数据

多通道采集场景里，中断方式不是不能用，但每转换完一个通道就进一次中断，8 通道就是 8 次中断/轮，中断服务程序里如果再做数据处理，CPU 占用率会非常难看。DMA 的价值是把"从 DR 读数据"这个动作从 CPU 手里拿走，由 DMA 控制器直接完成，而且 STM32F103 的 DMA 外设支持循环模式（Circular），地址自动回卷，天然适合"周期性刷新一批采样值"的采集模型。

对应的 DMA 关键参数只有四个：

• Direction：Peripheral To Memory（从外设到内存）
• Mode：Circular（循环模式）
• Peripheral Increment：Disable（外设地址固定，始终是 ADC DR 寄存器）
• Memory Increment：Enable（内存地址递增，按顺序填数组）

外设地址固定、内存地址递增这一对组合容易理解：源始终是同一个 DR，目标是数组的连续地址。数据宽度必须设置成 Half Word（16 位），因为 F103 的 ADC 是 12 位分辨率，转换结果存放在 16 位 DR 里。如果误设成 Word，DMA 每搬一次会跨过 4 个字节，缓冲区里的数据就错位了。

#define ADC_CH_NUM 8 volatile uint16_t adc_buf[ADC_CH_NUM]; // 启动 DMA 采集，adc_buf 会被不断刷新 HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_buf, ADC_CH_NUM);

这段代码里 adc_buf 用了 uint16_t 数组，类型和 DMA 数据宽度对齐；volatile是为了防止编译器把主循环里的读取优化成只读一次缓存，这一点对老手也要再强调一次——DMA 在后台改这个数组，CPU 侧不加 volatile，优化开 O2 后很容易读到陈旧数据。启动函数只需要调用一次，Circular 模式下它会一直在后台跑，不需要反复 Start_Stop。

2.3 采样时间与总转换耗时：先算清楚再设参数

ADC 的转换时间不是随便拍的。F103 的 ADC 时钟最高 14MHz，一般从 APB2（72MHz）分频得到，可选 2、4、6、8 分频。12 位转换本身固定占 12.5 个 ADC 时钟周期，加上用户可选的采样周期，单通道总转换时间公式为：

Tconv = (采样周期 + 12.5) / ADC时钟频率

例如 APB2 为 72MHz、ADC 分频 6 得到 12MHz，采样周期设为 71.5，那么单通道耗时就是(71.5 + 12.5) / 12MHz = 7us，8 通道一轮大概 56us。如果采样周期缩到 1.5，单通道降到约 1us，速度提升了 7 倍，但输入源阻抗稍大（比如 10k 以上分压网络）时采样结果会偏低，因为采样电容没来得及充满电压就被切走了。

采样周期的选择原则不复杂：信号源阻抗大（电位器、热敏电阻分压）就往大里设，比如 239.5；信号源是运放输出这种低阻抗驱动，可以往小里设换取速度。多通道采集还有一个隐性约束——如果把 8 个通道全部设成 239.5 周期，每轮转换 168us，对应刷新率约 6kHz，对显示类和大多数传感器应用都够用，却不适合需要同步高速采样的场景。工程上更常见的折中是：快的通道设短周期，慢速传感器通道单独设长周期，混合配置省总时间。

启动多通道 DMA 采集前，还需要做一次片上校准：

HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);

这一行放在 HAL_ADC_Start_DMA 之前，作用是修正芯片内部的电容失调误差。F103 的 ADC 校准不需要外部基准，直接在初始化后跑一次即可，工厂里管这个叫"去零点漂移"。跳过去不调也不会完全不工作，但实测中低量程段的线性度会差一点，逢上精密采集就是隐患。

3. 用 STM32CubeMX 配置 ADC 多通道 + DMA + I2C 最小工程

3.1 引脚分配与时钟树：先把基础工程建对

打开 STM32CubeMX，选择 STM32F103C8T6，在 Pinout 视图里依次做三件事：把 PB6、PB7 分配到 I2C1（分别是 SCL 和 SDA），把 PA0 到 PA7 分配到 ADC1 的 IN0 到 IN7，然后进 Clock Configuration 把系统时钟设到 72MHz。ADC 时钟在 RCC 的 APB2 分频里选 6 分频（12MHz），这个值的意义在于离最高 14MHz 不远，同时又给采样周期留了一定余量。

需要注意的是硬件 I2C1 在 F103 上默认就挂在 PB6/PB7，但很多开发板把 OLED 接到了别的引脚，比如 PA5/PA7 或软件模拟 I2C。CubeMX 里如果选硬件 I2C1，就必须用 PB6/PB7，除非你改配置到 I2C2（PB10/PB11）。OLED 的 I2C 从机地址默认是 0x3C（7 位地址），写坐标是 0x78，这块后面写驱动时还会用到。

3.2 ADC 参数面板逐项对照：这张表直接照着填

进入 ADC1 的 Parameter Settings，按以下表格逐项配置，这些参数直接决定 DMA 能否把 8 路数据按预期顺序灌进数组：

通道列表里依次添加 IN0 到 IN7，采样时间建议先统一设 239.5，等实物跑起来再根据信号源阻抗微调。这里有几个初学者容易踩的细节：Number Of Conversion 设成 8 之后，通道列表里必须有 8 个条目，多了少了 CubeMX 会直接报错；软件触发模式下不用在代码里做任何触发配置，只要调用了 HAL_ADC_Start_DMA，硬件自动启动第一次转换。

3.3 DMA 配置与生成后的两行关键代码

在 ADC1 的 DMA Settings 里添加 DMA Request，方向选 Peripheral To Memory，模式选 Circular，数据宽度 Peripheral 和 Memory 都选 Half Word。Memory Increment 默认就是 Enabled，外设地址递增保持 Disabled，不要手痒把它打开——ADC 的数据寄存器是固定地址，打开了 DMA 会去读一串不存在的地址。

生成 MDK 工程后，CubeMX 已经把初始化代码写好了，但在 while 之前需要手动补两行：

uint16_t adc_buf[8]; // 放在文件顶部，注意加 volatile // 在 MX_ADC1_Init() 之后、主循环之前执行 HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1); HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_buf, 8);

HAL_ADC_Start_DMA 的第三个参数传 8，指的是 DMA 缓冲区按元素计数，不是字节数。因为 ADC 的数据宽度是 Half Word，所以实际搬运 16 字节。很多"只显示第一路"的奇怪问题就出在这个参数上，传成 16 会让 DMA 工作到缓冲区边界之外。

3.4 OLED 接线与硬件 I2C 的备选方案

0.91 寸 OLED 是 4 针或 6 针 I2C 接口，接线方式很固定：VCC 接 3.3V，GND 接 GND，SCL 接 PB6，SDA 接 PB7。如果你的板子把 OLED 接到了任意 GPIO 上，那 CubeMX 里就别选 I2C1，直接全配成 GPIO 输出，代码里顺序翻转 SCL/SDA 模拟时序——这个方案在 F103 上其实更常见，因为硬件 I2C 在这个型号上出过不少兼容性的坑，很多工程师干脆默认用软件模拟 IIC 驱动 OLED。

软件模拟 I2C 的好处是引脚随便选、时序自己控制，但主循环里被打断时容易产生毛刺。硬件 I2C 则要留意总线上是不是存在地址冲突——0.91 寸 OLED 通常只有一个从机，如果挂第二块 I2C 器件，确认地址不能一样。实机调试时如果 OLED 不亮，先用示波器量 SCL/SDA 有没有波形，比反复改代码快得多。

3.5 下载前检查：BOOT0、SWD 引脚与 DAP 下载失败

PCB 打样回来第一次下载时最常卡在"识别不到芯片"。这里有个容易误会的点：BOOT1 引脚在正常 Flash 启动模式下不用管，BOOT0 必须被拉低；有的人看到下载失败就去拨 BOOT1，没意义。如果 ST-LINK 提示 DAP 下载失败，按顺序检查：SWDIO/SWCLK 是否被复用到其他功能、BOOT0 是否确实是低、目标板供电是否稳定。按住复位键再点下载，等进度条出现再松手——这个技巧能解决相当一部分首次连接失败的尴尬。

4. HAL 库驱动 OLED 并实时显示多通道数值

4.1 I2C 协议中的控制字节：命令和数据怎么区分

OLED 驱动芯片 SSD1306 的 I2C 传输格式和普通传感器不太一样。每一次写操作，主机先发从机地址 0x78（0x3C 左移一位），再发一个控制字节，控制字节为 0x00 表示后续是命令，0x40 表示后续是显存数据。也就是说，命令和数据的区分不在地址位，而是靠这个控制字节完成，有别于 EEPROM 那种靠寄存器地址区分读写对象的方式。

void OLED_WR_Byte(uint8_t dat, uint8_t cmd) { HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, 0x78, cmd, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &dat, 1, 100); }

上面这个函数用 HAL 库的 Mem_Write 把控制字节当内存地址用，第一次写从机地址，第二次写内部地址（即控制字节），第三次写数据。网上流传最广的江协科技 OLED 驱动源码里，OLED_WR_Byte 就是这个模式，HAL 库工程直接摘过来即可。若选用软件模拟 I2C，就把 HAL_I2C 换成 GPIO 翻转加延时，无非是 SCL 拉高拉低之间插入约 5us 的延时，把 8 位数据逐位送出去。

4.2 SSD1306 显存模型：128x32 是怎么被映射成 4 页的

0.91 寸 OLED 分辨率是 128x32，内部显存按"页"组织：每页 8 个像素高，对应 32 像素高正好分成 4 页（Page 0 到 Page 3），每页横向 128 个字节。这意味着整屏显存只有4 x 128 = 512字节，显示一个字符时不需要操作像素点，而是修改对应页内某个字节的位。

OLED_ShowString 这类函数内部都维护着一个 OLED_GRAM[4][128] 数组，先往数组里写像素，再把整个数组刷进屏幕。全屏刷新在 400kHz I2C 下大约 13ms，100kHz 下要 50ms 左右，对于电压显示足够快。江协科技的模板驱动里就是"全量刷屏"的思路，在 128x32 这种小屏上完全够用，不需要像大屏那样做分页 DMA。

4.3 主循环里做三件事：取数、算电压、刷字符

有了 DMA 在后台填 adc_buf，主循环就能专心做显示。0.91 寸屏幕一行刚好 16 个 ASCII 字符（8x6 字体，128/8=16），8 个通道拼成 4 行显示，正好一屏放满。

char line[24]; uint8_t i; while (1) { for (i = 0; i < 4; i++) { float v_left = adc_buf[i * 2] * 3.3f / 4095.0f; float v_right = adc_buf[i * 2 + 1] * 3.3f / 4095.0f; sprintf(line, "CH%d:%.2f CH%d:%.2f", i * 2 + 1, v_left, i * 2 + 2, v_right); OLED_ShowString(0, i * 8, line); } HAL_Delay(100); }

这段代码用 sprintf 把两个通道的电压拼进一行，OLED_ShowString 的第一个参数是列坐标，第二个是行像素坐标，与页地址无关——驱动函数内部会把 y 坐标转成对应页和页内偏移。电压计算公式里的 4095 来自 12 位 ADC 的满量程，3.3V 是参考电压。如果供电不是精确的 3.3V，把 3.3f 换成实测值，或者用精密基准源接一个通道做反推校准，这是后面第 5 章要展开的话题。

HAL_Delay(100) 把显示刷新率压到 10Hz，人眼读数不卡，同时给 DMA 留足了采样窗口。不需要为显示做双缓冲，0.91 寸的 512 字节显存本身就在驱动层维护，主循环只读 adc_buf，两者互不干扰。

4.4 别忘了初始化顺序：上电时序和首屏

OLED 驱动初始化要保证芯片上电稳定后再送命令。常规做法是在 OLED_Init 里先延时 100ms，然后依次发送关显示（0xAE）、时钟分频、复用率、显示偏移、起始行、对比度、扫描方向等一串命令，最后开显示（0xAF）。这些命令序列在 SSD1306 datasheet 里有标准模板，不需要自己发明，摘用现成驱动的初始化数组最稳。

如果 OLED 上电后屏幕是黑屏但 I2C 波形正常，排查方向基本就两个：初始化命令里漏了 0xAF，或者地址不匹配。注意 0x91 寸 OLED 也有用 SH1106 芯片的，SH1106 的初始化序列和 SSD1306 大体兼容，但列地址是 0x00 到 0x7F 带 2 列偏置，细节差异会导致边缘显示异常，这种问题离线调试时最容易忽略。

5. 把"能显示"做到"测得准"：滤波、局部刷新与常见坑排查

5.1 采样稳定性：先把数值跳动问题解决

ADC 显示值如果在小数点后两位反复跳，先别急着改代码。最优先确认几个硬件因素：PA0-PA7 引脚有没有悬空引脚（用长的杜邦线接信号源相当于天线）、模拟地与数字地有没有单点接地、供电是不是开关电源直供。硬件上忍不了的噪声，软件上做中值或者均值滤波。

uint16_t get_median_value(uint8_t ch) { uint16_t buf[5]; uint8_t i, j; uint16_t tmp; memcpy(buf, (uint16_t *)adc_buf + ch, sizeof(buf)); // 注意数组是 uint16_t // 简单冒泡排序，取中值 for (i = 0; i < 4; i++) for (j = i + 1; j < 5; j++) if (buf[i] > buf[j]) { tmp = buf[i]; buf[i] = buf[j]; buf[j] = tmp; } return buf[2]; }

中值滤波对尖峰脉冲干扰的抑制效果比均值好，代码也容易理解：每次取同一通道的连续 5 个样本，排序后取中间值。这个滤波函数放在显示循环里调用，等于是以牺牲一点响应速度为代价换来了读数的稳定。如果通道数多，更高效的方案是把中值滤波挪到 DMA 中断里做滑窗，但对显示类应用没必要。

5.2 局部刷新：别让 OLED 刷新拖慢采样节奏

全量刷 512 字节在小屏上本来就不慢，但如果采样率和显示刷新率都要提升，就要改用局部刷新。SSD1306 支持按页设置列地址范围，只重发本页变化的字符区域。显示第 2 行文本时，只需更新 Page 1 对应列地址范围的字节，I2C 上的数据量大幅减少。

void OLED_Refresh_Page(uint8_t page, uint8_t col_start, uint8_t col_end) { uint8_t c; OLED_WR_Byte(0xB0 + page, OLED_CMD); // 设置页地址 Page0~3 OLED_WR_Byte(col_start & 0x0F, OLED_CMD); // 列低地址 OLED_WR_Byte(0x10 | (col_start >> 4), OLED_CMD); // 列高地址 for (c = col_start; c <= col_end; c++) OLED_WR_Byte(OLED_GRAM[page][c], OLED_DATA); // 只发送这一页的数据 }

这个函数替代全量刷新后，主循环里的显示代码就从OLED_Refresh()改成按需调用OLED_Refresh_Page(1, 0, 63)。局部刷新的代价是函数调用变复杂，要对每个字符区域预先计算占用的列范围。对于 8 位 ASCII 字符，一行文本就是 128 列，半行刷新也够，实际收益主要来自后续想加曲线或进度条时。

5.3 五个必查故障点

这五个问题覆盖了我接触过的绝大多数 F103+OLED 采集工程的返工场景。最后一个问题最容易坑人——同样写着 0.91 寸 OLED，SSD1306 和 SH1106 的列寻址细节不同，买到便宜屏之前先确认芯片，能省掉一晚上的排错时间。把 I2C 速率降下来、滤波加上、局部刷新做出来，这套采集显示系统的稳定性和响应速度基本就到了头，剩下的工作就是把参考电压从 3.3V 换成独立基准源，把电压计算精度往 1mV 级别推。

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