Cubemx与HAL库系列教程|ADC+DMA多通道采集详解

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什么是ADC
- 模拟信号与数字信号简介
- 模拟信号与数字信号如何相互转换
STM32 ADC介绍
- STM ADC引脚映射
cubemx 配置
- 单通道DMA转换
代码实现
- 多通道DMA转换
经验交流

什么是ADC

资料获取见文末

你以为的ADC

哈哈，开个玩笑~~~

说起来ADC，先来聊聊模拟信号与数字信号，简单来说就是

模拟信号与数字信号简介

模拟信号

模拟电压信号在时间上和幅值上均是连续的信号叫做模拟信号。此类信号的特点是,在一定动态范围内幅值可取任意值。

数字信号

与模拟信号相对应,时间和幅值均离散( 不连续 ) 的信号叫做数字信号。数字信号的特点是幅值只可以取有限个值。

下文引自：

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

通过观察声音的波形我们就会发现：

模拟信号在一段连续的时间范围内可以在任意时间点呈现任意数值，但是这种数值是随着时间连续变化。

数字信号的取值是离散的二进制数，它和具有连续波形的模拟信号所展现出来的东西千差万别。

模拟信号与数字信号如何相互转换

模拟信号一般通过脉码调制PCM的方法量化调制成数字信号，这个动作叫做模数转换。模拟信号会经过采样、量化、编码等一系列的动作最终转化成能被存储介质存储的一串0和1组成的数字信号。

也即是我们本次要介绍的ADC（analogue-to-digital conversion），模数转换。

数字信号也可以还原成模拟信号。这种转化器件简称DAC，基本由即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关组成。

STM32 ADC介绍

上面说了一大堆，还是属于比较基础的介绍，有兴趣的小伙伴可以多多了解下AD转换器构成，实现原理，通信原理相信都学过，PCM编码都忘了吧，哈哈，好巧，我也忘了...

STM32 拥有 1~3 个 ADC（STM32F101/102 系列只有 1 个 ADC），这些 ADC 可以独立使用，也可以使用双重模式（提高采样率）。

STM32 的 ADC 是 12 位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有 18 个通道，可测量 16 个外部和 2 个内部信号源。各通道的 A/D 转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC 的结果可以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器中。

STM32 的 ADC 最大的转换速率为 1Mhz，也就是转换时间为 1us（在 ADCCLK=14M,采样周期为 1.5 个 ADC 时钟下得到），不要让 ADC 的时钟超过 14M，否则将导致结果准确度下降

转换时间

采样周期最小是 1.5 个，即如果我们要达到最快的采样，那么应该设置采样周期为 1.5 个周期，这里说的周期就是1/ADC_CLK

ADC 的总转换时间跟 ADC 的输入时钟和采样时间有关，其公式如下：

Tconv = 采样时间 + 12.5 个周期

其中 Tconv 为 ADC 总转换时间，当 ADC_CLK=14Mhz 的时候，并设置 1.5 个周期的采样时间，则 Tcovn=1.5+12.5=14 个周期=1us。通常经过 ADC 预分频器能分频到最大的时钟只能是 12M，采样周期设置为 1.5 个周期，算出最短的转换时间为 1.17us

外部的 16 个通道在转换的时候可分为 2 组通道：规则通道组和注入通道组，其中规则通道组最多有 16 路，注入通道组最多有 4 路

规则通道组：

从名字来理解，规则通道就是一种规规矩矩的通道，类似于正常执行的程序。通常我们使用的都是这个通道

注入通道组：

从名字来理解，注入即为插入，是一种不安分的通道，类似于中断。当程序正常往下执行时，中断可以打断程序的执行。同样如果在规则通道转换过程中，有注入通道插队，那么就要先转换完注入通道，等注入通道转换完成后，再回到规则通道的转换流程

DMA 请求

规则和注入通道转换结束后，除了产生中断外，还可以产生 DMA 请求，把转换好的数据直接存储在内存里面。

要注意的是只有 ADC1 和 ADC3 可以产生DMA 请求。一般我们在使用 ADC 的时候都会开启 DMA 传输

转换方式

单次转换：顾名思义，ADC 执行一次转换。想要在转换需要再次开启

连续转换：

ADC 结束一个转换后立即启动一个新的转换，需要注意的是：此模式无法连续转换注入通道。连续模式下唯一的例外情况是，注入通道配置为在规则通道之后自动转换

STM ADC引脚映射

有些没有的管脚就不用关心了，比如F1的没有PF6-10引脚

DMA通道映射

cubemx 配置

时钟之类的配置，劳烦各位小伙伴补补课，翻翻小飞哥前面的文章哈，直接进入正题

单通道DMA转换

时钟配置为分频之后为12MHZ

选择 ADC1->IN8->PB0

需要关注的几个点，扫描模式，这个在单通道时是无法使能的，只有多通道才可以开启，连续转换模式，根据自己实际需求决定是连续转换还是单次转换，触发方式，触发方式是非常多的，可以软件触发，PWM触发，定时器触发，也是根据自己的需要选择即可

中断，需要就开启，不需要就不用开启，直白~

DMA配置，DMA的中断是默认开启的，并且无法配置关闭

配置很简单，你学废了吗...

代码实现

ADC配置的代码

关于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 ) );
 }
}

配置为连续模式，DMA为循环模式，数据在buffer中不断循环更新

配置为不连续模式，只转换一次

我是直接接到3.3V测试的，精度还可以

接GND，是有一些非零值的，所以必要的滤波还是要做的，这里我是用了最简单的均值滤波处理

多通道DMA转换

配置和单通道有些不同，扫描模式就可以打开了，通道数可以选择，我们选择4即可，下面的顺序就是我们要转换的顺序

/* 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 */

}

主函数中编写如下代码：

为了更直观的观察效果，定义二维数组，每个存储4个值，可以看到，4个通道是依次转换的，各取10个值，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;//求平均值并转换成电压值
  //ADC_Value[i]=(float)sum/10;
  printf("ADC_Value[%d] = %.2f\n",i,adc_value[i]);
 }  
  vTaskDelay( ( rand() & 0x1FF ) );
  }
}