四.STM32F030C8T6 MCU开发之利用 TIM1+ADC1+DMA1 实现5路(3路外部电压模拟信号+内部2路信号)采集

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文章目录

0.总体功能概述

使用STD库–en.stm32f0_stdperiph_lib_v1.6.0。

ADC 的功能是将模拟信号采样得到数字信号,而有些时候,我们需要使用到定时采样,比如在计算一个采集的波形的频率的时候,我们需要精确的知道采样频率,也就是 1 s 内采集的点数,这个时候,就需要使用到定时采集。定时采样有如下三种方法:

  • 使用定时器中断,每隔一段时间进行 ADC 转换,但是这样每次都必须读 ADC 的数据寄存器,非常浪费时间。
  • 把 ADC 设置成连续转换模式,同时对应的 DMA 通道开启循环模式,这样 ADC 就一直在进行数据采集然后通过 DMA 把数据搬运至内存。这样进行处理的话,需要加一个定时中断,用来读取内存中的数据。
  • 使用 ADC 的定时器触发 ADC 转换的功能,然后使用 DMA 进行数据的搬运。这样就只要设置好定时器的触发间隔,就能实现 ADC 定时采样转换的功能,然后使能 DMA 转换完成中断,这样每次转换完就会产生中断。

本文,将采用第三种方法进行 AD 采集,使用 TIM 定时器触发 AD 采集,然后 DMA 搬运至内存。

ADC 简介

1.ADC硬件信息介绍

  1. 12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。
  2. stm32f030 ADC可以测量16个外部2个内部信号源
  3. 各通道的A/D转换可以 单次、连续、扫描、间断模式执行
  4. ADC的结果可以左对齐或者右对齐的方式储存在 16位数据寄存器

1.1 ADC采样时间

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最大的采样周期是239.5个周期,那么最小采样频率:14M/(239.5+12.5)=55.5KHz
如果我要AD 50Hz 采集5路信号,那么14MHZ ADC CLK下,单独的最大的采样周期是239.5个周期,则5个通道一次全部采集完成的时间= 5×单个通道采集完成的时间

单个通道是(239.5+12.5)ADC CLK=252CLK

5个通道一次全部采集完成的时间= 5x252CLK=1260CLK

总共的采集消耗时间非常少,时间冗余很多了。

这种情况下,假定输入信号是50Hz (周期为20ms),初步定为1周期1000个采样点,每2个 采样点间隔为 20ms /1000= 20 us。

ADC可编程的通道采样时间 我们选239.5周期,则 ADC 转换周期一周期大小为

20us /(239.5+12.5) 。 ADC时钟频率约为 12.6 MHz。默认14MHZ是满足要求的。

; 1.2 ADC工作时钟

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默认来自异步时钟系统 14MHZ

PCLK_Frequency=48000000 ,所以ADC的最大时钟可以是24MHZ。

RCC_ADCCLKConfig();

1.3 ADC工作模式

举例 用ADC1 规则通道的顺序为CH0,CH1,CH2,CH3,
不启动扫描模式:
在单次转换模式下:
启动ADC1,则
1.开始转换CH0(ADC_SQR的第一通道)
转换完成后停止,等待ADC的下一次启动,继续从第一步开始转换
在连续转换模式下:
启动ADC1,则
1.开始转换CH0(ADC_SQR的第一通道)
转换完成后回到第一步,继续转换
启动扫描模式下
在单次转换模式下:
启动ADC1,则
1.开始转换CH0、
2.转换完成后自动开始转换CH1
3.转换完成后自动开始转换CH2
4.转换完成后自动开始转换CH3
5.转换完成后停止,等待ADC的下一次启动下一次ADC启动后从第一步开始转换
在连续转换模式下:
启动ADC1,则
1.开始转换CH0
2.转换完成后自动开始转换CH1
3.转换完成后自动开始转换CH2
4.转换完成后自动开始转换CH3
5.转换完成后返回第一步,继续转换

1.4 总结

采样时间是你通过寄存器告诉STM32采样模拟量的时间,设置越长越精确。

可以多次采集取平均 提高准确度。

2.TIM+ADC+DAM软件配置

2.1 ADC配置

/**
  * @brief  ADC  configuration
  * @param  None
  * @retval None
  */
static void ADC_Config(void)
{
  ADC_InitTypeDef          ADC_InitStructure;
  GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;

  /* GPIOC Periph clock enable */
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);

   /* ADC1 Periph clock enable */
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

  /* Configure ADC Channel11 and channel10 as analog input */

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5 ;
  //GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 ;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

  /* ADCs DeInit */
  ADC_DeInit(ADC1);

  /* Initialize ADC structure */
  ADC_StructInit(&ADC_InitStructure);

  /* Configure the ADC1 in continuous mode withe a resolution equal to 12 bits  */
  ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;
  ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//ENABLE ;//DISABLE;//ENABLE;
  //ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_Rising;
    #if 1
  ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv =  ADC_ExternalTrigConv_T1_CC4;
  ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_Rising;//ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
    #else
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_TRGO;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
    #endif

  ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
  ADC_InitStructure.ADC_ScanDirection = ADC_ScanDirection_Upward;
  ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
  ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3 , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
  ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4 , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
  ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5 , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
  /* Convert the ADC1 temperature sensor  with 55.5 Cycles as sampling time */
  ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_TempSensor , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
  ADC_TempSensorCmd(ENABLE);

  /* Convert the ADC1 Vref  with 55.5 Cycles as sampling time */
  ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_Vrefint , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
  ADC_VrefintCmd(ENABLE);

//  /* Convert the ADC1 Vbat with 55.5 Cycles as sampling time */
//  ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_Vbat , ADC_SampleTime_55_5Cycles);
//  ADC_VbatCmd(ENABLE);

//index=0 v=0 mv=6 RegularConvData_Tab= 867, ADC1ConvertedVoltage 634 mV
//index=1 v=1 mv=4 RegularConvData_Tab= 1987, ADC1ConvertedVoltage 1457 mV
//index=2 v=1 mv=2 RegularConvData_Tab= 1774, ADC1ConvertedVoltage 1298 mV
//index=3 v=1 mv=4 RegularConvData_Tab= 2041, ADC1ConvertedVoltage 1496 mV

//  /* Convert the ADC1 Channel 11 with 239.5 Cycles as sampling time */
//  ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_Vrefint , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
//  ADC_VrefintCmd(ENABLE);

  /* ADC Calibration */
  ADC_GetCalibrationFactor(ADC1);

#if 1
  /* ADC DMA request in circular mode */
  ADC_DMARequestModeConfig(ADC1,ADC_DMAMode_OneShot);// ADC_DMAMode_Circular);

  /* Enable ADC_DMA */
  ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
#endif
  /* Enable the ADC peripheral */
  ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

  /* Wait the ADRDY flag */
  while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_ADRDY));

  /* ADC1 regular Software Start Conv */
  ADC_StartOfConversion(ADC1);
}

2.2 DMA配置

/**
  * @brief  DMA channel1 configuration
  * @param  None
  * @retval None
  */
static void DMA_Config(void)
{
  DMA_InitTypeDef   DMA_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;
  /* DMA1 clock enable */
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1 , ENABLE);

  /* DMA1 Channel1 Config */
  DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)ADC1_DR_Address;
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)RegularConvData_Tab;
  DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_CHANNEL_NUMS;
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
  DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
  DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
  DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);
  /* DMA1 Channel1 enable */
 // DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);

    DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA1_IT_TC1,ENABLE);
    /* Enable DMA1 channel1 */
    DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=DMA1_Channel1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority=1;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

2.2.1 DMA中断配置

单次多通道采集完成后 产生中断,通知主任务获取数据

2.3 TIM配置

/**
  * @brief  TIM configuration
  * @param  None
  * @retval None
  */
static void TIM_Config(void)
{
  TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure={0};
  TIM_OCInitTypeDef        TIM_OCInitStructure;
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
  /* TIM1 Periph clock enable */
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1 , ENABLE);

  /* TIM1 Configuration */
  TIM_DeInit(TIM1);
  TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);

  /* Time base configuration */
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000*20-1;//2000-1;//20-1 ;//0xFF;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 48-1;//48-1;//48000-1;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x0;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);
  #if 1
      TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
//  /* Output Compare PWM Mode configuration */
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; /* low edge by default */
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0x01;
  TIM_OC4Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
  #else
    //TIM_SelectOutputTrigger(TIM1,TIM_TRGOSource_Update);

    TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Update);
    TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Trigger);

    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM1_BRK_UP_TRG_COM_IRQn;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPriority = 1;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

    TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Update,ENABLE);
    TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Trigger,ENABLE);
    #endif
  /* TIM1 enable counter */
  TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);

  /* Main Output Enable */
  TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);

}

2.4 序列配置

先配置ADC,再配置DMA,最后配置TIM来触发启动ADC

int adc_main(void)
{
  /*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured,
       this is done through SystemInit() function which is called from startup
       file (startup_stm32f0xx.s) before to branch to application main.

       To reconfigure the default setting of SystemInit() function, refer to
       system_stm32f0xx.c file
     */
  uint32_t v=0,mv=0;
  uint8_t index;

  static uint8_t times=0;

  /* ADC1 configuration */
  ADC_Config();
  /* DMA configuration */

  DMA_Config();
  /* Infinite loop */
    #if 1

  /* ADC DMA request in circular mode */
  ADC_DMARequestModeConfig(ADC1, ADC_DMAMode_Circular);

  /* Enable ADC_DMA */
  ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
    #endif
  /* TIM1 configuration */
 TIM_Config();

  /* ADC1 regular Software Start Conv */
  ADC_StartOfConversion(ADC1);

    printf("statrt while\r\n");
  while (1)
  {

        #if 0
    /* Test DMA1 TC flag */
    while((DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1)) == RESET );

    /* Clear DMA TC flag */
    DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1);
        printf("get adc data\r\n");
        #endif
        #if 1
        extern  volatile unsigned int ADC_ok;
        if(ADC_ok ==1)
        {
            printf("%d %d\r\n",get_curtime(),get_adctime());
            if(RegularConvData_Tab[2] < 2000)
            {
                printf("vref 1.5 error,2=%d ,4=%d \r\n",RegularConvData_Tab[2],RegularConvData_Tab[4]);
            }
            else
            {

            //for(index=0;index<(adc_channel_nums-2);index++) for(index="0;index<(ADC_CHANNEL_NUMS-0);index++)" { v="((RegularConvData_Tab[index]*" 3000) 0xfff) 1000; mv="((RegularConvData_Tab[index]*" 0xfff)%1000; 0xfff)%1000) 100; * compute the voltage adc1convertedvoltage="(RegularConvData_Tab[index]" *3000) 0xfff; printf("index="%d" times="%d" regularconvdata_tab="%d," %d mv\r\n",index,times,regularconvdata_tab[index],adc1convertedvoltage); mv\r\n",index,v,mv,regularconvdata_tab[index],adc1convertedvoltage); } times++; if(times>=50)
                {
                    times= 0;
                }
            }
            ADC_ok=0;
        }
            #endif
        #if 0
        for(index=0;index<adc_channel_nums;index++) { adc1->CHSELR |= (uint32_t)0;
            switch(index)
            {
                case 0:
                ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3 , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
                ADC1->CHSELR = ADC_Channel_3;
                break;

                case 1:
                ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4 , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
                ADC1->CHSELR = ADC_Channel_4;
                break;

                case 2:
                ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5 , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
                ADC1->CHSELR = ADC_Channel_5;
                break;

                case 3:
                /* Convert the ADC1 temperature sensor  with 55.5 Cycles as sampling time */
                ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_TempSensor , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
                ADC1->CHSELR = ADC_Channel_TempSensor;
                break;

                case 4:
                /* Convert the ADC1 Vref  with 55.5 Cycles as sampling time */
                ADC_ChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_Vrefint , ADC_SampleTime_239_5Cycles);
                ADC1->CHSELR = ADC_Channel_Vrefint;
                break;
                default:
                    printf("adc channel error\r\n");
                    break;
            }

            while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_ADRDY) == RESET);
            /* ADC1 regular Software Start Conv */
            ADC_StartOfConversion(ADC1);
            /* Test EOC flag */
            while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);

            /* Get ADC1 converted data */
            RegularConvData_Tab[index] =ADC_GetConversionValue(ADC1);
            v=((RegularConvData_Tab[index]* 3000) / 0xFFF) ;
            mv = ((RegularConvData_Tab[index]* 3000) / 0xFFF)%1000;
                /* Compute the voltage */
            ADC1ConvertedVoltage = (RegularConvData_Tab[index] *3000)/0xFFF;
            printf("index=%d int mv=%d f mv=%d RegularConvData_Tab= %d, ADC1ConvertedVoltage %d mV\r\n",index,v,mv,RegularConvData_Tab[index],ADC1ConvertedVoltage);
            //ADC_StopOfConversion(ADC1);
        }
        #endif
        #if 0
    /* Test EOC flag */
    while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);

    /* Get ADC1 converted data */
    ADC1ConvertedValue =ADC_GetConversionValue(ADC1);

    /* Compute the voltage */
    ADC1ConvertedVoltage = (ADC1ConvertedValue *3000)/0xFFF;
    printf("ADC1ConvertedVoltage %d, %d mV\r\n",ADC1ConvertedValue,ADC1ConvertedVoltage);
        #endif

  }
}
</adc_channel_nums;index++)></(adc_channel_nums-2);index++)>

3.实现效果

[2022-11-07 12:38:52]  58 3
[2022-11-07 12:38:52]  index=0 RegularConvData_Tab= 0, ADC1ConvertedVoltage 0 mV
[2022-11-07 12:38:52]  index=1 RegularConvData_Tab= 34, ADC1ConvertedVoltage 24 mV
[2022-11-07 12:38:52]  index=2 RegularConvData_Tab= 112, ADC1ConvertedVoltage 82 mV
[2022-11-07 12:38:52]  index=3 RegularConvData_Tab= 1942, ADC1ConvertedVoltage 1422 mV
[2022-11-07 12:38:52]  index=4 RegularConvData_Tab= 1672, ADC1ConvertedVoltage 1224 mV
[2022-11-07 12:38:52]  78 4
[2022-11-07 12:38:52]  index=0 RegularConvData_Tab= 0, ADC1ConvertedVoltage 0 mV
[2022-11-07 12:38:52]  index=1 RegularConvData_Tab= 33, ADC1ConvertedVoltage 24 mV
[2022-11-07 12:38:52]  index=2 RegularConvData_Tab= 111, ADC1ConvertedVoltage 81 mV
[2022-11-07 12:38:52]  index=3 RegularConvData_Tab= 1942, ADC1ConvertedVoltage 1422 mV
[2022-11-07 12:38:52]  index=4 RegularConvData_Tab= 1673, ADC1ConvertedVoltage 1225 mV

3.1 ADC数据不稳定的解决方案

ADC按照通道顺序循环采样并转换数据,然后DMA自动将对应的数据搬运至RegularConvData_Tab[]数组中。使用该方法得到的ADC值有时候波动会比较大,如果不做滤波就直接采用的话,有可能会因为数据波动造成程序误判。如果将ADC值做中值滤波处理,即使有个别数据波动,对程序的影响则大幅度降低。因为DMA搬运新数据时会将旧数据覆盖掉,这里采用DMA中断处理,每发生一次DMA中断时将新的数据缓存起来,存够指定数量后再做中值滤波!

3.1.1 DMA中断配置

单次多通道采集完成后 产生中断,通知主任务获取数据

void DMA_Config(void)函数加上DMA中断配置的代码如下

//ADC DMA&#x6570;&#x636E;&#x4F20;&#x8F93;&#x5B8C;&#x6210;
void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
    /* Check the status of the specified DMAy flag */
    if ((DMA1->ISR & DMA1_FLAG_TC1) != (uint32_t)RESET)
    {
        ADC_DMA_INTERRUPT_HANDLER();
        //&#x6E05;&#x9664;&#x6807;&#x5FD7;&#x4F4D;
        DMA1->IFCR = DMA1_FLAG_TC1;
    }
}

3.1.2ADC_DMA_INTERRUPT_HANDLER配置

void ADC_DMA_INTERRUPT_HANDLER(void)
{
    u8 i;
    static u8  times=0;
    static u16 buffer[ADC_DMA_BUFFER_SIZE];
    for (i=0;i<adc_dma_buffer_size;i++) { buffer[i] +="RegularConvData_Tab[i];" } if (++times>= 8) { //&#x53D6;8&#x6B21;&#x5E73;&#x5747;&#x503C;
        for (i=0;i<adc_dma_buffer_size;i++) { calaverconvdata_tab[i]="buffer[i]">>3;
            buffer[i] = 0; //&#x6E05;&#x96F6;
        }
        times = 0;
    }
}
</adc_dma_buffer_size;i++)></adc_dma_buffer_size;i++)>

CalAverConvData_Tab 作为ADC采集的平均数据用于后续的数据处理。

4.总结

本文实现的一个功能便是使用 TIM 触发 ADC 多通道采集,并使用 DMA 进行搬运,通过这样子就可以精确地控制 ADC 的采样频率,也就是控制 1 s 钟可以采集多少个点。最后,而这个采样频率就是 TIM 控制的PWM 的频率,但是为了更加精确的计算其真实的采样频率还应该加上 ADC 通道的转换一个数据的转换时间,这样才是最为精确的采样频率。

A_BUFFER_SIZE;i++) {
buffer[i] += RegularConvData_Tab[i];
}
if (++times >= 8) { //取8次平均值
for (i=0;i


CalAverConvData_Tab &#x4F5C;&#x4E3A;ADC&#x91C7;&#x96C6;&#x7684;&#x5E73;&#x5747;&#x6570;&#x636E;&#x7528;&#x4E8E;&#x540E;&#x7EED;&#x7684;&#x6570;&#x636E;&#x5904;&#x7406;&#x3002;

## 4.&#x603B;&#x7ED3;

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Original: https://blog.csdn.net/xushx_bigbear/article/details/127815776
Author: 悟空胆好小
Title: 四.STM32F030C8T6 MCU开发之利用 TIM1+ADC1+DMA1 实现5路(3路外部电压模拟信号+内部2路信号)采集

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