代码收藏家 STM32通过TIM触发ADC采集并使用DMA搬运数据
引言
在嵌入式系统开发中，模数转换器（ADC）和定时器（TIM）是两个非常重要的外设。ADC用于将模拟信号转换为数字信号，而TIM则可以用来生成精确的时间基准。在STM32F103系列单片机中，我们可以通过TIM来触发ADC采集，以实现定时采样的功能。此外，使用直接存储器访问（DMA）控制器可以将ADC采集到的数据高效地搬运到内存中。本文将详细介绍如何在STM32F103中配置TIM触发ADC采集，并使用DMA搬运数据。
原理介绍
ADC（模数转换器）
ADC（Analog-to-Digital Converter）是将模拟信号转换为数字信号的装置。STM32F103系列的ADC具有12位分辨率，支持多通道转换和多种触发方式。在本文中，我们将使用外部定时器触发ADC采集。
TIM（定时器）
TIM（Timer）是STM32F103系列中的一个重要外设，用于生成精确的时间基准。TIM可以配置为多种模式，如基本定时、中断产生、PWM输出等。我们将利用TIM的输出比较模式（Output Compare）来生成触发信号。
DMA（直接存储器访问）
DMA（Direct Memory Access）控制器可以在不占用CPU资源的情况下，在外设和内存之间搬运数据。使用DMA来搬运ADC数据有以下优点：
1. **减轻CPU负担：**CPU无需介入每次数据传输，可以专注于其他任务。
2. **提高数据传输效率：**DMA可以以更快的速度搬运数据，适合高速采样的应用。
3. **减少延迟：**DMA传输数据时延更低，适合实时性要求高的场合。
下面是一些适合使用DMA的情况：
- 需要频繁和大批量的数据采集和传输。
- CPU需要执行其他高优先级任务，不适合频繁处理中断。
- 系统需要高实时性，低延迟的数据处理。
TIM触发ADC和DMA搬运数据的原理
STM32F103的TIM、ADC和DMA之间可以通过事件控制器（Event Controller）建立联系。当TIM的输出比较事件发生时，可以产生一个触发信号，这个信号可以用来启动ADC的转换过程。然后，DMA控制器可以将ADC转换后的数据搬运到内存中。具体流程如下：
1. 配置TIM，使其在特定时间间隔生成输出比较事件。
2. 配置ADC，使其在接收到TIM的触发信号后开始采集。
3. 配置DMA，使其在ADC采集到数据后将数据搬运到内存。
配置具体实现
1. 初始化TIM
首先，我们需要配置TIM的时基和输出比较模式，使其能够以我们设定的频率产生触发事件，以下代码设置的触发频率为100Hz，也就是10ms触发一次。
#include "stm32f10x.h"
void TIM_Config(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
// 开启TIM2时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
// 配置TIM2
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 9999; // 定时器周期
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71; // 预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
// 配置TIM2的输出比较
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 4999; // 输出比较值
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
// 使能TIM2
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
2. 初始化ADC和DMA
接下来，我们需要配置ADC，并使其能够接收TIM的触发信号，同时配置DMA将ADC采集的数据搬运到内存中。
本文示例仅采集了一个通道，若需要采集多个通道，需将ADC的扫描模式即"ADC_ScanConvMode"设置为"ENABLE"，转换通道数量"ADC_NbrOfChannel"需设置为实际开启的通道数，通过"ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t ADC_Channel, uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)"函数为开启的通道设置对应的序号，也就是第三个参数。
void ADC_DMA_Config(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
// 开启ADC1、DMA1和GPIOA的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
// 配置PA1为模拟输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 配置ADC1
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; // 禁止连续转换
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T2_CC1; // TIM2 CC1触发
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
// 配置ADC通道
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
// 配置DMA
DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&adc_value;
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable;
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);
// 使能DMA通道
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
// 使能ADC1 DMA
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
// 使能ADC1
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
// 复位校准寄存器
ADC_ResetCalibration(ADC1);
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
// 校准ADC
ADC_StartCalibration(ADC1);
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
// 使能ADC1的外部触发转换
ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1, ENABLE);
}
3. 配置DMA中断
为了在数据搬运完毕后处理数据，我们需要配置DMA中断。
void DMA_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
// 配置DMA中断
DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE);
// 配置NVIC
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
if (DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC1)) {
// 清除中断标志
DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1);
// 在此处处理ADC采集到的数据，这里进行简单的打印，若需要比较复杂的处理，在主程序中进行，不要在中断里进行
printf("ADC Value: %d\n", adc_value);
}
}
4. 主函数
将上述配置函数在主函数中调用，完成初始化和数据搬运。
uint16_t adc_value = 0; // 定义全局变量存储ADC转换结果
int main(void) {
// 配置系统时钟
SystemInit();
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置中断优先级分组
// 初始化TIM和ADC_DMA
TIM_Config();
ADC_DMA_Config();
DMA_Config();
// 启动TIM，开始触发ADC转换
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
while (1) {
// 主循环可以处理其他任务
// 简单延时
for (volatile int i = 0; i < 100000; i++);
}
}
总结
通过上述步骤，我们实现了在STM32F103单片机上使用TIM触发ADC采集并使用DMA搬运数据的功能。本文介绍了TIM和ADC的原理及其配置方法，以及使用DMA的优点和适用场合。使用DMA可以显著提高数据传输效率，减轻CPU负担，特别适合需要频繁和大批量数据采集的应用。在实际项目中，可以根据需要调整TIM、ADC和DMA的参数，以实现更复杂的功能。如果在实践中遇到问题，建议参考STM32F103的参考手册和相关技术文档。
希望本文章对读者有所帮助，如有疑问或建议，欢迎在评论区留言。感谢阅读！
作者：小仲努力ing
