STM32使用ADC+DMA进行多通道模拟量采集 (踩坑及通俗解析)
利用STM32的片上外设可采集多个模拟量(如传感器数值),并在嵌入式程序中使用。如果只使用了一个通道,用时令ADC转换而后读取DR寄存器即可。多通道时,可利用ADC+DMA可实时,有序的转存多通道数据至程序内存(数组),用时可随时访问并索引到对应通道。
CubeMX配置
时钟配置如下:
原先经常忽视时钟的信息,这里注意一下ADC1,2,3的时钟频率,其于ADC采样时间有关。如果时钟配置的很高,那么选择1.5Cycles可能不满足最小转换时间,产生错误不易debug。
ADCs配置如下:
ADC1的独立模式工作逻辑:一个ADC外设(ADC1)对应一个缓存(DR寄存器),同时采集多个通道指按配置的顺序依次将模拟量转换位数字量,然后储存在外设所谓的"共享内存"——DR寄存器中,DR的值被硬件不断的覆盖写入,在恰当时刻读取DR中的值,可得到对应通道的数据。通过一系列硬件中断信号,标志位等,可保证DR中读取的数据与期望的通道相对应。总而言之,DR成为了安全队列。
各个选项含义见表格。
DMA配置如下
由于开始不太理解DMA几个配置的含义,曾在这里踩了很多坑,对应在程序中说明。
因为没有使用中断,NVIC Settings中我把中断关闭了。
程序使用
自动生成代码有时有坑:main中有系统生成的各外设初始化函数调用
/* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_DMA_Init();MX_ADC1_Init();MX_DAC_Init();MX_UART4_Init();MX_USART3_UART_Init();......
检查MX_DMA_Init();
是否在MX_ADC1_Init();
之前调用,默认情况我的在后面,后发现DMA功能异常,手动更改顺序后正常
启用ADC转换,DMA模式
开一个数组存数,main中while前调用两个库函数开启外设即可。业务中随时访问数组得到ADC转换值。
uint16_t testbuffer[4]={0};while(HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1)!=HAL_OK);while(HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)&testbuffer,4)!=HAL_OK);
调用HAL库函数HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)&testbuffer,4)
开启了配置好的ADC和DMA,其中:
hadc1为外设的句柄,很好理解。
testbuffer
是DMA搬运的目的内存。 我希望testbuffer[0]~[3]
分别存入四个通道的转换数据,因此创建了size
为4的数组,函数第三个参数设置为4,并勾选了Memory下Increment Address
选项框。Increment Address
使得每搬运一次DR寄存器的数据后,搬运目的地的起始地址向后偏移一个Data With
,注意这里是CubeMX配置的Data With
而不是函数形参的类型宽度或目的数组的元素宽度。第三个参数为4告诉DMA搬运四次为一个循环,如果没有配置Circle模式,4次后停止。下次调用重新启用,从testbuffer
地址重新写入。Circle模式下,四次搬运四次后自动重新开启,即目的地址回到testbuffer
。
函数形参类型是uint32_t*
,起初把我迷惑了,创建了uint32_t
类型的数组以存放DMA搬运的数据。实际上,貌似函数只使用了传入的首地址。为了便于直接使用,这里的数据类型应与DMA配置的Data Width
对应。我使用的MCU其ADC转换精度为12位,因此使用HalfWord(16bit)
足以,因此配置时两边都使用了默认的HalfWord
,该配置使DMA每次从ADC搬运16bit数据到地址testbuffer,下一波数据搬运到testbuffer+16bit
的地址中,再下一次到testbuffer+2*16bit
。如果testbuffer
是uint32_t
类型的,并不影响数据搬运行为,但访问testbuffer[0]
时,得到的uint32_t
类型的数值是通道ch1
和ch2
合并而来的,还要取高16位和低16位将两帧分开。对于每一帧,低12位是数据,剩余的4位被0填充。
testbuffer
的size
不应小于第三个参数,否则数组越界。数组可以很大,但只循环使用前面的几段。有些程序采集四个通道,用size
为400的数组,DMA也依次搬运400次,这时数组中同时保存了连续时间内的100组“四个通道的数据”,可对每个通道求取平均值当作检测值。
在上述配置下,启动后ADC时刻转换着外界模拟量的值,DMA不停搬运数据,而DMA请求不同于中断请求,高频的DMA转换并不会不占用CPU,testbuffer[]
中被这个硬件进程不断刷新着数据。可近似认为访问testbuffer[]
时得到的是ADC转换的实时值。
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