STM32F0 имеет DMA для ADC. Соответственно, все что вам нужно - это правильно настроить эту связку и запустить ADC в непрерывном режиме. ADC будет проводить измерения как можно быстрее, а DMA будет складывать эти измерения в память. Может так оказаться, что для вас это будет даже слишком быстро, ибо ADC в 12битном режиме может выдавать данные с частотой вплоть до мегагерца.