代码收藏家技术教程 2023-03-13

STM32多通道模拟量采集：ADC + DMA踩坑指南

STM32使用ADC+DMA进行多通道模拟量采集（踩坑及通俗解析）

利用STM32的片上外设可采集多个模拟量（如传感器数值），并在嵌入式程序中使用。如果只使用了一个通道，用时令ADC转换而后读取DR寄存器即可。多通道时，可利用ADC+DMA可实时，有序的转存多通道数据至程序内存（数组），用时可随时访问并索引到对应通道。

CubeMX配置

时钟配置如下：

原先经常忽视时钟的信息，这里注意一下ADC1，2，3的时钟频率，其于ADC采样时间有关。如果时钟配置的很高，那么选择1.5Cycles可能不满足最小转换时间，产生错误不易debug。

ADCs配置如下：

ADC1的独立模式工作逻辑：一个ADC外设（ADC1）对应一个缓存（DR寄存器），同时采集多个通道指按配置的顺序依次将模拟量转换位数字量，然后储存在外设所谓的"共享内存"——DR寄存器中，DR的值被硬件不断的覆盖写入，在恰当时刻读取DR中的值，可得到对应通道的数据。通过一系列硬件中断信号，标志位等，可保证DR中读取的数据与期望的通道相对应。总而言之，DR成为了安全队列。

各个选项含义见表格。

ADCs_Common_Settings（ADC基础设置）
Mode（工作模式）	Independent mode（独立模式）	在同一引脚上仅有一个ADC在采集模拟信号
ADC_Settings（ADC设置）
Data Alignment（数据对齐）	Right alignment（数据右对齐）/Left alignment（数据左对齐）
Scan Conversion Mode（扫描模式）	ENABLE（使能）/DISABLE（禁止）	#当有多个通道需要采集信号时必须开启扫描模式，此时ADC将会按设定的顺序轮流采集各通道信号
Continuous Comverion Mode（连续转换模式）	ENABLE（使能）/DISABLE（禁止）	#连续转换模式将会在上一次ADC转换完成后立即开启下一次转换
Discontinuous Comverion Mode（单次转换模式）	ENABLE（使能）/DISABLE（禁止）	#单次转换模式ADC只采集一次数据就停止采集，使用单次转换模式需要转换通道数大于1
Number Of Discontinuous Conversions（单次转换次数）		#此项设置为单次转换模式的附属设置，需要使能单次转换模式
ADC_Regular_ConversionMode（规则通道模式）
Enable Regular Conversions（规则通道控制）	ENABLE（使能）、DISABLE（禁止）	#需要使能规则通道控制才可以进一步对规则通道的使用进行配置
Number Of Conversion（ADC转换通道数）		#按照实际使用的通道数进行选择，会影响可供设置的通道数量
External Trigger Conversion Source（外部触发转换模式）	Regular Conversion Launched by software（软件控制触发）	#ADC需要在接收到到触发信号后才开始模数转换，可以被定时器触发、外部中断触发、软件触发
RANK（模拟信号采集及转换的次序）
Channel（ADC转换通道）
Sampling Time（采样周期）		#ADC采样时间计算公式：TCONV=采样周期+12.5各周期
ADC_Injected_ConversionMode（注入通道模式）		#一般情况下不需要使用注入通道，可以将注入通道认为是ADC中断，即打断规则通道的采样进程执行注入通道的采样
Enable Regular Conversions（注入通道控制）	ENABLE（使能）、DISABLE（禁止）	#需要使能注入通道控制才可以进一步对注入通道进行配置
Number Of Conversion（ADC注入转换通道数）		#按照实际使用的通道数进行选择，会影响可供设置的注入通道数量
External Tigger Source（外部触发模式）
Injected Conversion Mode（注入转换通道模式）
Rank（注入转换通道大于0时才可对其配置，后面的数字代表顺序）
Channel（转换通道）
Sampling Time（转换时间）
Injected Offset（注入通道偏移量）
WatchDog（看门狗）
Enable Analog WatchDog Mode（使能模拟量看门狗模式）		#需要选中本项才可对看门狗进行进一步的设置
Watchdog Mode（看门狗模式）	Single regular channel 　Single injected channel 　　　　Single regular or injected channel	（监测单一通道的规则通道）（监测单一通道的注入通道）（监测单一通道的规则及注入通道）
Analog WatchDog Channel（看门狗通道）
High Threshold（高阈值）
Low Threshold（低阈值）
Interrupt Mode（看门狗中断）

DMA配置如下

由于开始不太理解DMA几个配置的含义，曾在这里踩了很多坑，对应在程序中说明。
因为没有使用中断，NVIC Settings中我把中断关闭了。
程序使用
自动生成代码有时有坑：main中有系统生成的各外设初始化函数调用
```
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_DMA_Init();
MX_ADC1_Init();
MX_DAC_Init();
MX_UART4_Init();
MX_USART3_UART_Init();
......
```
检查MX_DMA_Init();是否在MX_ADC1_Init();之前调用，默认情况我的在后面，后发现DMA功能异常，手动更改顺序后正常
启用ADC转换，DMA模式
开一个数组存数，main中while前调用两个库函数开启外设即可。业务中随时访问数组得到ADC转换值。
```
uint16_t testbuffer[4]={0};
while(HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1)!=HAL_OK);
while(HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)&testbuffer,4)!=HAL_OK);
```
调用HAL库函数HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)&testbuffer,4)开启了配置好的ADC和DMA，其中：

hadc1为外设的句柄，很好理解。

testbuffer是DMA搬运的目的内存。我希望testbuffer[0]~[3]分别存入四个通道的转换数据，因此创建了size为4的数组，函数第三个参数设置为4，并勾选了Memory下Increment Address选项框。Increment Address使得每搬运一次DR寄存器的数据后，搬运目的地的起始地址向后偏移一个Data With，注意这里是CubeMX配置的Data With而不是函数形参的类型宽度或目的数组的元素宽度。第三个参数为4告诉DMA搬运四次为一个循环，如果没有配置Circle模式，4次后停止。下次调用重新启用，从testbuffer地址重新写入。Circle模式下，四次搬运四次后自动重新开启，即目的地址回到testbuffer。

函数形参类型是uint32_t*，起初把我迷惑了，创建了uint32_t类型的数组以存放DMA搬运的数据。实际上，貌似函数只使用了传入的首地址。为了便于直接使用，这里的数据类型应与DMA配置的Data Width对应。我使用的MCU其ADC转换精度为12位，因此使用HalfWord(16bit)足以，因此配置时两边都使用了默认的HalfWord，该配置使DMA每次从ADC搬运16bit数据到地址testbuffer，下一波数据搬运到testbuffer+16bit的地址中，再下一次到testbuffer+2*16bit。如果testbuffer是uint32_t类型的，并不影响数据搬运行为，但访问testbuffer[0]时，得到的uint32_t类型的数值是通道ch1和ch2合并而来的，还要取高16位和低16位将两帧分开。对于每一帧，低12位是数据，剩余的4位被0填充。

testbuffer的size不应小于第三个参数，否则数组越界。数组可以很大，但只循环使用前面的几段。有些程序采集四个通道，用size为400的数组，DMA也依次搬运400次，这时数组中同时保存了连续时间内的100组“四个通道的数据”，可对每个通道求取平均值当作检测值。

在上述配置下，启动后ADC时刻转换着外界模拟量的值，DMA不停搬运数据，而DMA请求不同于中断请求，高频的DMA转换并不会不占用CPU，testbuffer[]中被这个硬件进程不断刷新着数据。可近似认为访问testbuffer[]时得到的是ADC转换的实时值。