Вы не учитываете что после измерения вход АЦП STM32 содержит
остаточное изменяющееся напряжение, поскольку входы АЦП являются
аналоговыми выходами внутренних преобразователей. Подключать входы
АЦП следует только через ОУ, поскольку входы АЦП STM32 неожиданно
низкоимпедансные. Нельзя подключать входы через резисторы (словите
RC цепочку, конденсатором будет sample-and-hold емкость) или
запараллелить, подключать через высокоомный резисторный делитель.