STM32笔记_ADC的采样（软件/TIM+DMA）_stm32 adc采样

ADC 采样速率如何最大

介绍 ADC 主频

• STM32F407 的 ADC 连接在 APB2 总线上的 PCLK 线上，支持的最大时钟为 36 MHz，而 PCLK 时钟是由 HCLK 固定的二分频得到，所以如果总线频率拉到 168 M，APB2 则只能得到 84 M，这就导致 ADC 内部再分频的时候，刚好分不到 36 M，所以我们需要设置 HCLK 为 144 M，这样就可以得到 72 M，进而 ADC 二分频得到 36 M

• 此时如果我们设置 ADC 的转换周期是 15 clk，就可以得到理论最大采样率为 $\frac{36}{15}$ $=2.4M$

$2.4M$ 极限采样率

• ADC 的极限采样率只能用定时器+DMA 方式实现
  • 定时器是为了使采样间隔一致可控
  • DMA 是为了让数据搬运不需要 CPU 的参与

参数

• ADC
  • $36MHz$
  • Resolution ：$8$ bits(11 ADC Clock Cycles)
  • Sampling time：$3$ Cycles
  • 所以采一个点最快 11 个 clk，理论最大为 $\frac{36}{11}\approx 3.27MHz$
• TIM：$72MHz$（APB1）
  • Prescaler：$3$
  • Counter Period：$8$
  • 所以速率为 $\frac{72}{4\times 9}=2MHz$

实际测试

• 实际测试发现，测得的数据确实为 $2MHz$，输入 $100kHz$ 的信号，一个周期可以测得 $20$ 个点

软件触发转换

ADC 设置

• 选择了 ADC 2 的 Chanel 7，这个可以随意选择
• External Trigger Conversion Source设置为 by software（软件触发）

代码部分

• MX_ADC2_Init
  • CubeMX 会自动帮我们生成 ADC 的 Init 函数
• HAL_ADC_Start(&hadc2)
  • 手动启动 ADC 的转换，启动的时候会有校准的时间，所以第一次启动的时候所需要的时间会长一些，如果只测一次，则使用完后用HAL_ADC_Stop(&hadc 2) 来关闭，否则不用关闭，他会一直转换
• HAL_ADC_PollForConversion(&hadc2, 200)
  • 这个函数用来检测 ADC 转换是否完成，如果完成就返回 HAL_OK，之后就可以用HAL_ADC_GetValue(&hadc2) 读出 ADC 内部寄存器 dr 的值了。其中第二个参数是允许等待 ADC 转换完成的时间，即超时时间

用软件触发读取多数据的一个代码编写思路

for (i = 0; i < FFT_LENGTH; i++) /* 生成信号序列 */

{

dac_value = dac_vol * 4095 / 3.3;

HAL_ADC_Start(&hadc2);

while (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc2, 200) != HAL_OK)

{

}

uint32_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc2);

uint32_t Volt = 3300 * adc_value >> 12;

printf("%d\r\n",Volt);

fft_inputbuf[2 * i] =Volt; /* 生成输入信号实部 */

fft_inputbuf[2 * i + 1] = 0; /* 虚部全部0 */

}

arm_cfft_radix4_f32(&scfft, fft_inputbuf); /* FFT计算（基4） */

arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf, fft_outputbuf, FFT_LENGTH); /* 把运算结果复数求模得幅 */

for (i = 0; i < FFT_LENGTH; i++)

{

printf("fft_outputbuf[%d]:%f\r\n", i, fft_outputbuf[i]);

}

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• 重点是这一句

while (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc2, 200) != HAL_OK)

{

}
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• 即如果没转换完成，就一直卡在 while 里

软件触发的问题
似乎用软件触发会使得采样率提不上来
如果想要较高采样率，可以用 TIM 触发，如果想要极限采样率，则用 DMA 搬运数据

定时器TRGO信号触发转换

定时器设置

• Clock Source设置为internal Clock
• Prescaler和Counter Period根据时钟频率和定时器期望周期计算得到
• auto-reload preload关闭，否则更新不能及时生效
• TriggerOutput(TRGO) Parameters设置
  • 主从模式关闭（我也不知道这是干嘛的）
  • Trigger Event Selection
    • 这个是设置什么东西会产生TRGO信号
    • 设置为UEV事件的产生会产生TRGO信号，这样就使得计数器记满一个周期后，就有一个TRGO信号传给ADC进行转换
    • TRGO是一个短的脉冲信号
• TIM3的全局中断不打开

ADC设置

• 打开任意一个ADC的任意一个通道，我这里打开ADC2-IN7
• Mode模式设置为独立模式
• Continuous Conversion Mode
  • 开启了之后，ADC 无需 Start，ADC 会自动连续转换
  • 问题：此时 ADC 转换的速率是不是可以拉到最快？也就是 2.4 M 极限不用 tim 触发，用这个模式配合 dma
  • HAL ADC连续转换模式
• End Of Conversion Selection
  • 有两个选项
    • 一个通道转换完成就发出转换完成信号（HAL_OK）
    • 所有通道转换完成才发出转换完成信号
  • 这里设置为一个通道就发出，因为我只开了一个通道
• External Trigger Conversion Source
  • 这个是用来设置触发ADC转换的方式的
    • 常用的有软件触发
    • 我们这里使用Timer3的TRGO信号触发
• External Trigger Conversion Edge
  • TRGO信号是一个短时的正脉冲
  • 我们这里设置脉冲的上升沿触发转换
• 打开ADC的全局中断
  • 注意：ADC1-2-3共用一个全局中断，即一个中断号ISR

NVIC设置

• 最后来到NVIC，设置ADC和滴答定时器的中断优先级

代码流程

• HAL_ADC_GetValue(&hadc 2)
  这个函数是在 adc 转换完成之后，将 adc 的值读出来

• HAL_ADC_Start_IT(&hadc2)
  将 ADC 以中断方式启动，即 ADC 开始测量

• HAL_TIM_Base_Start(&htim3)
  开启定时器的函数，执行后定时器就开始计时了

• HAL_ADC_IRQHandler
  ADC 的中断函数，即 ADC 采集转换完成后，执行这个中断函数

• __weak void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef * hadc)
  这个函数在HAL_ADC_IRQHandler里，是 ADC 转换完成的回调函数，用户在需要编写在 ADC 转换完成后需要执行什么操作
  由于多个 ADC 共用一个中断号，所以他们的中断回调函数也是相同的，我们在编写这个函数的时候需要首先判断传入的 hadc 是哪个，再在 if 里执行对应的操作
  这个函数有时候编写的时候在 main 函数里会识别不出来，然后编译就报错，点击报错会跳转到一个 error handler 的函数，这个时候没有别的办法，只能把整个工程删除重开，就会好了（这个 bug浪费了我一整天事件，不过似乎也有可能是因为我确实漏看了某个括号）

ADC 的 DMA 模式

CubeMX 配置

Timer

• Timer 部分很熟悉了，就不再详细说了

ADC

• 这里着重介绍一下DMA Continuous Requests和Continuous Conversion Mode
  • DMA Continuous Requests （这个理解好像不对）
    • 例如，HAL_ADC_START_DMA (&hadc 1, (uint 32_t *) buf, 200) 这个语句，使用 ADC 1 和 DMA，数据放入 buf 数组内，放 200 个数据。如果 DMA 连续请求去能的话，这个语句传完 200 个数据后自动关闭 ADC 1 和 DMA。反之，使能后，语句执行完后会又会连续从头开始传输数据，实际为 buf 数组中的值一直在更新
  • Continuous Conversion Mode
    • 开了这个会连续触发采样，一般在软件触发里常用；但是开了定时器就不需要了
    • 如果开了软件，开了这个，那么 start 一次后 ADC 还会一直采样；如果开了软件，没开这个，那么 start 一次以后 ADC 不会采样，需要手动 start（换句话说，采样一次完成后 ADC 会自动 stop）

• ADC 还需要
  • 开启 NVIC，从而在 DMA 的 buffer 满了以后，触发 ADC 的中断回调函数
  • 开启 DMA，设置 ADC 传输数据的 DMA 通道

NVIC 与 DMA

• 开启 ADC 的 NVIC
• 创建一个 DMA 通道
  1. 添加一个通道
  2. 添加完成
  3. 模式
     • 分为 normal 和 circular
     • normal 指 buffer 满了以后，就停止 DMA 传输了，即只传一次；circular 指循环传输，即满了以后从头开始再传输，覆盖以前的内容
  4. 地址自增
     • 第一个是外设地址自增，本次 ADC 的数据寄存器只有 dr 一个，即采集到的电压，所以不需要自增，始终读取该值即可
     • 第二个是内存地址自增，即 DMA 传输到的地址是否自增，我们进行 fft，这里需要传入 1024 个数据，即 buffer 的大小是 1024，所以肯定要地址自增，才能让数据一个一个的按顺序传入 buffer
  5. 传输的数据宽度
     • 数据宽度和传入的内存地址的类型有关，我们这里是 uint 32_t，所以就选 word（一个字）；如果是 uint 16_t 或者 uint 8_t 之类的，就选 half word 或者 byte 就行

具体流程的理解（ADC 的 DMA 模式流程图）

• 我先 hal_adc_start_dma，然后 hal_time_base_start，然后定时器产生 trgo 信号后就会自动 adc 采集，adc 采集完成就会自动把数据搬运到缓冲区，缓冲区满了以后 adc 就自动停止了，进到 adc 的中断处理函数void HAL_ADC_ConvCpltCallback (ADC_HandleTypeDef* hadc) 了，这个也是我们需要重写的回调函数
• 如果我不想让 DMAcircular 采集，而是DMA 模式手动控制采集了一轮以后继续采集的话，调整成 normal 之后再把hal_adc_start_dma 重新开启，不过可能需要先手动 stop 一下？（HAL_ADC_Stop_DMA）（待定）