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[APM32F4] 基于APM32F4的ADC采集VGA信号的实现方案

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 楼主| Peixu 发表于 2024-12-4 15:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
HDMI, ADC, VGA, M4, APM32F4, 信号
本帖最后由 Peixu 于 2024-12-4 15:21 编辑

1. VGA信号的基本概念
VGA信号包括三个主要部分：
**RGB信号**：分别代表红色、绿色和蓝色的模拟信号，这些信号的电平决定了显示图像的颜色。
**水平同步信号（HSYNC）**：在每行像素结束时，提供一个短脉冲信号，指示显示设备开始新的一行。
**垂直同步信号（VSYNC）**：在一帧结束时提供脉冲信号，指示显示设备开始新的一帧。
对于1920x1080分辨率的60Hz显示，VGA信号的有效采样时间和采样率计算如下：
每行有效像素时间为12.92微秒。
每行采集的像素为40个，因此每个像素的采样时间为323纳秒。
所以在我们在这12.82us的时间尽可能用ADC去多采集信号。这样才能达到更好的效果。

2. 设计思路
要实现VGA信号的ADC采集，主要步骤如下：
**信号处理**：通过电路设计，将VGA信号的RGB信号和同步信号连接到APM32F4的ADC引脚，并进行必要的电平转换。
**ADC配置**：设置APM32F4的ADC参数，以便进行高速采样。
**DMA配置**：为了提高数据传输的效率，将ADC采集的数据通过DMA（直接存储器访问）方式传送至内存。
**外部中断处理**：使用外部中断来触发ADC采集，以确保在每个HSYNC信号到来时进行采样。
**数据处理**：在主循环中处理采集的数据，进行显示或存储。

3. 硬件连接
3.1 信号连接
将VGA信号的RGB信号和同步信号连接至APM32F4的ADC引脚和外部中断引脚：
**R信号**：连接至ADC通道0（PA3）。
**G信号**：连接至ADC通道1（PA4）。
**B信号**：连接至ADC通道2（PA5）。
**HSYNC信号**：连接至外部中断（PC10）。
**VSYNC信号**：连接至另一个外部中断（PC11）。

3.2 电路设计
在连接VGA信号和APM32F4之间，建议使用以下电路设计：
**低通滤波器**：在ADC输入引脚前添加低通滤波器，以减少高频干扰。
**电平转换电路**：确保输入信号在APM32F4的ADC输入范围内（通常是0-3.3V）。

4. 软件实现
4.1 ADC初始化
配置ADC以采集RGB信号：
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  1. void ADC_Init(void) {
    

  2.     GPIO_Config_T gpioConfig;
    

  3.     ADC_Config_T adcConfig;
    

  4.     ADC_CommonConfig_T adcCommonConfig;
    


  5. 

  6.     RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_GPIOA);
    


  7. 

  8.     // GPIO配置
    

  9.     GPIO_ConfigStructInit(&gpioConfig);
    

  10.     gpioConfig.mode = GPIO_MODE_AN;
    

  11.     gpioConfig.pupd = GPIO_PUPD_NOPULL;
    

  12.     gpioConfig.pin = GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5;
    

  13.     GPIO_Config(GPIOA, &gpioConfig);
    


  14. 

  15.     RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_ADC1);
    

  16.     ADC_Reset();
    


  17. 

  18.     // ADC通用配置
    

  19.     adcCommonConfig.mode = ADC_MODE_INDEPENDENT;
    

  20.     adcCommonConfig.prescaler = ADC_PRESCALER_DIV2;
    

  21.     ADC_CommonConfig(&adcCommonConfig);
    


  22. 

  23.     // ADC配置
    

  24.     adcConfig.resolution = ADC_RESOLUTION_12BIT;
    

  25.     adcConfig.scanConvMode = DISABLE; // 单通道
    

  26.     adcConfig.continuousConvMode = ENABLE; // 连续模式
    

  27.     adcConfig.dataAlign = ADC_DATA_ALIGN_RIGHT;
    

  28.     adcConfig.extTrigEdge = ADC_EXT_TRIG_EDGE_FALLING;
    

  29.     adcConfig.extTrigConv = ADC_EXT_TRIG_CONV_EINT_11; // 触发方式为外部中断
    

  30.     adcConfig.nbrOfChannel = 1;
    

  31.     ADC_Config(ADC1, &adcConfig);
    

  32.     
    

  33.     // 配置ADC通道
    

  34.     ADC_ConfigRegularChannel(ADC1, ADC_CHANNEL_3, 1, ADC_SAMPLETIME_3CYCLES); // R
    

  35.     ADC_ConfigRegularChannel(ADC1, ADC_CHANNEL_4, 1, ADC_SAMPLETIME_3CYCLES); // G
    

  36.     ADC_ConfigRegularChannel(ADC1, ADC_CHANNEL_5, 1, ADC_SAMPLETIME_3CYCLES); // B
    

  37. }

4.2 DMA初始化为ADC配置DMA：
复制
  1. void DMA_Init(void) 
    

  2. {
    

  3.     DMA_Config_T dmaConfig;
    


  4. 

  5.     RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_DMA2);
    


  6. 

  7.     dmaConfig.peripheralBaseAddr = ADC_DR_ADDR;
    

  8.     dmaConfig.memoryBaseAddr = (uint32_t)R[0];  // 初始地址指向第一行
    

  9.     dmaConfig.dir = DMA_DIR_PERIPHERALTOMEMORY;
    

  10.     dmaConfig.bufferSize = SAMPLES_PER_CHANNEL;  // 每次传输的数据量
    

  11.     dmaConfig.peripheralInc = DMA_PERIPHERAL_INC_DISABLE;
    

  12.     dmaConfig.memoryInc = DMA_MEMORY_INC_ENABLE;
    

  13.     dmaConfig.peripheralDataSize = DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_HALFWORD;
    

  14.     dmaConfig.memoryDataSize = DMA_MEMORY_DATA_SIZE_HALFWORD;
    


  15. 

  16.     dmaConfig.loopMode = DMA_MODE_CIRCULAR;  // 使用普通模式
    

  17.     dmaConfig.priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
    

  18.     dmaConfig.fifoMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
    

  19.     dmaConfig.fifoThreshold = DMA_FIFOTHRESHOLD_HALFFULL;
    

  20.     dmaConfig.memoryBurst = DMA_MEMORYBURST_SINGLE;
    

  21.     dmaConfig.peripheralBurst = DMA_PERIPHERALBURST_SINGLE;
    

  22.     dmaConfig.channel = DMA_CHANNEL_0;        
    

  23.                 
    

  24.     DMA_Config(DMA2_Stream0, &dmaConfig);
    

  25.     DMA_EnableInterrupt(DMA2_Stream0, DMA_INT_TCI**);  // 开启传输完成中断
    

  26.     DMA_Enable(DMA2_Stream0);  // 启用 DMA
    

  27. }
4.3 外部中断处理使用外部中断处理HSYNC信号：
复制
  1. void EINT15_10_IRQHandler(void) {
    

  2.     if (EINT_ReadIntFlag(EINT_LINE_10)) {
    

  3.     /* 启动 ADC DMA 采集         */                                        
    

  4.     ADC1->STS = ~(uint32_t)ADC_FLAG_OVR; 
    

  5.     ADC1->CTRL2_B.REGSWSC = BIT_SET;                        
    

  6.     while(RESET == DMA_ReadStatusFlag(DMA2_Stream0, DMA_FLAG_TCI**0)); 
    

  7.     DMA_ClearStatusFlag(DMA2_Stream0, DMA_FLAG_TCI**0);                
    

  8.     DMA2_Stream0->SCFG_B.EN = DISABLE; 
    

  9.                                  
    

  10.     dmaCompleteFlag = 1;
    

  11.     HSync_cnt ++;
    

  12.                         
    


  13. 

  14.     currentRow++;  // 切换到下一行 // 
    

  15.     if (currentRow >= HSync_MAX) 
    

  16.      {
    

  17.         currentRow = 0;  // 重置行号
    

  18.     }
    

  19.     DMA_ClearIntFlag(DMA2_Stream0, DMA_INT_TCI**0);
    

  20.     DMA_Switch(currentChannel,currentRow);                    
    

  21.     EINT_ClearIntFlag(EINT_LINE_10);        
    

  22.     }
    


  23. 

  24.     if (EINT_ReadIntFlag(EINT_LINE_11)) {
    

  25.         currentChannel++;
    

  26.         if (currentChannel >= 3) currentChannel = 0; // 切换通道
    

  27.         ADC_SwitchChannel(currentChannel);
    

  28.         EINT_ClearIntFlag(EINT_LINE_11);
    

  29.     }
    

  30. }


4.4 数据处理在主循环中，处理采集到的数据：
复制
  1. int main(void) {
    

  2.     // 初始化相关模块
    

  3.     USART_Init();
    

  4.     ADC_Init();
    

  5.     DMA_Init();
    

  6.     APM_PBInit(BUTTON_KEY2, BUTTON_MODE_EINT);                //中断行 PC10
    

  7.     APM_PBInit(BUTTON_KEY1, BUTTON_MODE_EINT);                //中断场 PC11
    

  8.     while (1) {
    

  9.         if (dmaCompleteFlag)
    

  10.         {
    

  11.             dmaCompleteFlag = 0;                                        
    

  12.             /* 处理采集到的数据 */
    

  13.             if (currentChannel == 0){
    

  14.             for (uint16_t row = 0; row < HSync_MAX; row++)
    

  15.                 {
    

  16.                     for (uint16_t i = 0; i < SAMPLES_PER_CHANNEL; i++)
    

  17.                     {
    

  18.                     printf("R[%d][%d] %d\r\n", row,i, R[row][i]);
    

  19.                     }
    

  20.                 }
    

  21.             }
    

  22.                 
    

  23.             if (currentChannel == 1){
    


  24. 

  25.             }
    

  26.                                         
    

  27.             if (currentChannel == 2){
    


  28. 

  29.             }                        
    

  30.               printf("\r\n");                                        
    

  31.             }        
    

  32.                 }                                
    

  33. }
通过上述步骤，可以成功地使用APM32F4微控制器采集VGA信号。具体的使用可能需要根据特定需求对代码进行适当的修改和优化，以实现更好的性能和数据处理能力。通过采集VGA信号，可以为后续的图像处理、显示和分析提供数据支持。希望本方案能为您的项目提供参考和借鉴。



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