Cubemx與HAL庫系列教程|ADC+DMA多通道采集詳解

什么是ADC

資料獲取見文末

你以為的ADC

哈哈，開個玩笑~~~

說起來ADC，先來聊聊模擬信號與數字信號，簡單來說就是

模擬信號與數字信號簡介

• 模擬信號

模擬電壓信號在時間上和幅值上均是連續的信號叫做模擬信號，此類信號的特點是,在一定動態范圍內幅值可取任意值，

• 數字信號

與模擬信號相對應,時間和幅值均離散( 不連續 ) 的信號叫做數字信號，數字信號的特點是幅值只可以取有限個值，

下文引自：

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1701463655357562703&wfr=spider&for=pc

通過觀察聲音的波形我們就會發現：

模擬信號在一段連續的時間范圍內可以在任意時間點呈現任意數值，但是這種數值是隨著時間連續變化，

數字信號的取值是離散的二進制數，它和具有連續波形的模擬信號所展現出來的東西千差萬別，

模擬信號與數字信號如何相互轉換

模擬信號一般通過脈碼調制PCM的方法量化調制成數字信號，這個動作叫做模數轉換，模擬信號會經過采樣、量化、編碼等一系列的動作最終轉化成能被存盤介質存盤的一串0和1組成的數字信號，

也即是我們本次要介紹的ADC（analogue-to-digital conversion），模數轉換，

數字信號也可以還原成模擬信號，這種轉化器件簡稱DAC，基本由即權電阻網路、運算放大器、基準電源和模擬開關組成，

STM32 ADC介紹

上面說了一大堆，還是屬于比較基礎的介紹，有興趣的小伙伴可以多多了解下AD轉換器構成，實作原理，通信原理相信都學過，PCM編碼都忘了吧，哈哈，好巧，我也忘了...

STM32 擁有 1~3 個 ADC（STM32F101/102 系列只有 1 個 ADC），這些 ADC 可以獨立使用， 也可以使用雙重模式（提高采樣率），

STM32 的 ADC 是 12 位逐次逼近型的模擬數字轉換器， 它有 18 個通道，可測量 16 個外部和 2 個內部信號源，各通道的 A/D 轉換可以單次、連續、掃 描或間斷模式執行，ADC 的結果可以左對齊或右對齊方式存盤在 16 位資料暫存器中，

STM32 的 ADC 最大的轉換速率為 1Mhz，也就是轉換時間為 1us（在 ADCCLK=14M,采樣周期為 1.5 個 ADC 時鐘下得到），不要讓 ADC 的時鐘超過 14M，否則將導致結果準確度下降

• 轉換時間

采樣周期最小是 1.5 個，即如果我們要達到最快的采樣，那么應該設定采樣周期為 1.5 個周期，這里說的周期就是1/ADC_CLK

ADC 的總轉換時間跟 ADC 的輸入時鐘和采樣時間有關，其公式如下：

Tconv = 采樣時間 + 12.5 個周期

其中 Tconv 為 ADC 總轉換時間，當 ADC_CLK=14Mhz 的時候，并設定 1.5 個周期的采樣時間，則 Tcovn=1.5+12.5=14 個周期=1us，通常經過 ADC 預分頻器能分頻到最大的時鐘只能是 12M，采樣周期設定為 1.5 個周期，算出最短的轉換時間為 1.17us

外部的 16 個通道在轉換的時候可分為 2 組通道：規則通道組和注入通道組，其中規則通道組最多有 16 路，注入通道組最多有 4 路

• 規則通道組：

從名字來理解，規則通道就是一種規規矩矩的通道，類似于正常執行的程式，通常我們使用的都是這個通道

• 注入通道組：

從名字來理解，注入即為插入，是一種不安分的通道，類似于中斷，當程式正常往下執行時，中斷可以打斷程式的執行，同樣如果在規則通道轉換程序中，有注入通道插隊，那么就要先轉換完注入通道，等注入通道轉換完成后，再回到規則通道的轉換流程

• DMA 請求

規則和注入通道轉換結束后，除了產生中斷外，還可以產生 DMA 請求，把轉換好的資料直接存盤在記憶體里面，

要注意的是只有 ADC1 和 ADC3 可以產生DMA 請求，一般我們在使用 ADC 的時候都會開啟 DMA 傳輸

• 轉換方式

單次轉換： 顧名思義，ADC 執行一次轉換，想要在轉換需要再次開啟

連續轉換：

ADC 結束一個轉換后立即啟動一個新的轉換，需要注意的是：此模式無法連續轉換注入通道，連續模式下唯一的例外情況是，注入通道配置為在規則通道之后自動轉換

STM ADC引腳映射

有些沒有的管腳就不用關心了，比如F1的沒有PF6-10引腳

DMA通道映射

cubemx 配置

時鐘之類的配置，勞煩各位小伙伴補補課，翻翻小飛哥前面的文章哈，直接進入正題

單通道DMA轉換

時鐘配置為分頻之后為12MHZ

選擇 ADC1->IN8->PB0

需要關注的幾個點，掃描模式，這個在單通道時是無法使能的，只有多通道才可以開啟，連續轉換模式，根據自己實際需求決定是連續轉換還是單次轉換，觸發方式，觸發方式是非常多的，可以軟體觸發，PWM觸發，定時器觸發，也是根據自己的需要選擇即可

中斷，需要就開啟，不需要就不用開啟，直白~

DMA配置，DMA的中斷是默認開啟的，并且無法配置關閉

配置很簡單，你學廢了嗎...

代碼實作

ADC配置的代碼

關于DMA的配置

extern ADC_HandleTypeDef hadc1;
extern DMA_HandleTypeDef hdma_adc1;

uint16_t adc_buffer[50] = {0};
static void prvPrintTask( void *pvParameters )
{
 float adc_value = 0;
 
 HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
 HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t *)adc_buffer,50);
 int iIndexToString;
 /* Two instances of this task are created. The task parameter is used to pass
 an index into an array of strings into the task. Cast this to the required type. */
 iIndexToString = ( int ) pvParameters;
 for( ;; )
 {

 for(int index =0;index < 50;index++)
 {
  adc_value += adc_buffer[index];
 }
 adc_value/=50;
 
 adc_value = adc_value *3.3/(1<<12);
 debug_printf("\nadc_value = %.2f\n",adc_value);
  
 vTaskDelay( ( rand() & 0x1FF ) );
 }
}

配置為連續模式，DMA為回圈模式，資料在buffer中不斷回圈更新

配置為不連續模式，只轉換一次

我是直接接到3.3V測驗的，精度還可以

接GND，是有一些非零值的，所以必要的濾波還是要做的，這里我是用了最簡單的均值濾波處理

多通道DMA轉換

配置和單通道有些不同，掃描模式就可以打開了，通道數可以選擇，我們選擇4即可，下面的順序就是我們要轉換的順序

/* ADC1 init function */
void MX_ADC1_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 0 */

  /* USER CODE END ADC1_Init 0 */

  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 1 */

  /* USER CODE END ADC1_Init 1 */
  /** Common config
  */
  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_ENABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 4;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Configure Regular Channel
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_8;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_1CYCLE_5;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Configure Regular Channel
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_9;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_2;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Configure Regular Channel
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_10;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_3;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Configure Regular Channel
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_11;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_4;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 */

  /* USER CODE END ADC1_Init 2 */

}

主函式中撰寫如下代碼：

為了更直觀的觀察效果，定義二維陣列，每個存盤4個值，可以看到，4個通道是依次轉換的，各取10個值，求平均值

extern ADC_HandleTypeDef hadc1;
extern DMA_HandleTypeDef hdma_adc1;

uint16_t adc_buffer[10][4] = {0,0};
  
static void prvPrintTask( void *pvParameters )
{
 float adc_value[4] = {0};
 HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
 HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t *)adc_buffer,40);
 int iIndexToString;
 /* Two instances of this task are created. The task parameter is used to pass
 an index into an array of strings into the task. Cast this to the required type. */
 iIndexToString = ( int ) pvParameters;
 for( ;; )
 {
  for(int i=0;i<4;i++)
  {
   for(int j=0;j<10;j++)
   {
    adc_value[i]+=adc_buffer[j][i];
   }
  adc_value[i]=(float)adc_value[i]/(10*4096)*3.3;//求平均值并轉換成電壓值
  //ADC_Value[i]=(float)sum/10;
  printf("ADC_Value[%d] = %.2f\n",i,adc_value[i]);
 }  
  vTaskDelay( ( rand() & 0x1FF ) );
  }
}

經驗交流

關注公眾號，后臺回復“ADC”，即可獲取本文原始碼~

歡迎添加小飛哥好友，進群一起交流有趣的話題，探討有趣的知識