基于APM32F4的ADC采集VGA信号的实现方案

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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：

[size=10.5000pt] **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。

[size=10.5000pt] **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。

[size=10.5000pt] **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：

[size=10.5000pt] 每行有效像素时间为12.92微秒。

[size=10.5000pt] 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。

[size=10.5000pt] 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：

[size=10.5000pt] **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。

[size=10.5000pt] **ADC配置**：设置APM32F4的ADC参数，以便进行高速采样。

[size=10.5000pt] **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。

[size=10.5000pt] **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。

[size=10.5000pt] **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：

[size=10.5000pt] **R信号**：连接至ADC通道0（PA3）。

[size=10.5000pt] **G信号**：连接至ADC通道1（PA4）。

[size=10.5000pt] **B信号**：连接至ADC通道2（PA5）。

[size=10.5000pt] **HSYNC信号**：连接至外部中断（PC10）。

[size=10.5000pt] **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：

[size=10.5000pt] **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。

[size=10.5000pt] **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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void ADC_Init(void) {

    GPIO_Config_T gpioConfig;

    ADC_Config_T adcConfig;

    ADC_CommonConfig_T adcCommonConfig;



    RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_GPIOA);



    // GPIO配置

    GPIO_ConfigStructInit(&gpioConfig);

    gpioConfig.mode = GPIO_MODE_AN;

    gpioConfig.pupd = GPIO_PUPD_NOPULL;

    gpioConfig.pin = GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5;

    GPIO_Config(GPIOA, &gpioConfig);



    RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_ADC1);

    ADC_Reset();



    // ADC通用配置

    adcCommonConfig.mode = ADC_MODE_INDEPENDENT;

    adcCommonConfig.prescaler = ADC_PRESCALER_DIV2;

    ADC_CommonConfig(&adcCommonConfig);



    // ADC配置

    adcConfig.resolution = ADC_RESOLUTION_12BIT;

    adcConfig.scanConvMode = DISABLE; // 单通道

    adcConfig.continuousConvMode = ENABLE; // 连续模式

    adcConfig.dataAlign = ADC_DATA_ALIGN_RIGHT;

    adcConfig.extTrigEdge = ADC_EXT_TRIG_EDGE_FALLING;

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

    adcConfig.nbrOfChannel = 1;

    ADC_Config(ADC1, &adcConfig);

    

    // 配置ADC通道

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

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

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

}

4.2 DMA初始化为ADC配置DMA：

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void DMA_Init(void) 

{

    DMA_Config_T dmaConfig;



    RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_DMA2);



    dmaConfig.peripheralBaseAddr = ADC_DR_ADDR;

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

    dmaConfig.dir = DMA_DIR_PERIPHERALTOMEMORY;

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

    dmaConfig.peripheralInc = DMA_PERIPHERAL_INC_DISABLE;

    dmaConfig.memoryInc = DMA_MEMORY_INC_ENABLE;

    dmaConfig.peripheralDataSize = DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_HALFWORD;

    dmaConfig.memoryDataSize = DMA_MEMORY_DATA_SIZE_HALFWORD;



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

    dmaConfig.priority = DMA_PRIORITY_HIGH;

    dmaConfig.fifoMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;

    dmaConfig.fifoThreshold = DMA_FIFOTHRESHOLD_HALFFULL;

    dmaConfig.memoryBurst = DMA_MEMORYBURST_SINGLE;

    dmaConfig.peripheralBurst = DMA_PERIPHERALBURST_SINGLE;

    dmaConfig.channel = DMA_CHANNEL_0;        

                

    DMA_Config(DMA2_Stream0, &dmaConfig);

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

    DMA_Enable(DMA2_Stream0);  // 启用 DMA

}

4.3 外部中断处理使用外部中断处理HSYNC信号：

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void EINT15_10_IRQHandler(void) {

    if (EINT_ReadIntFlag(EINT_LINE_10)) {

    /* 启动 ADC DMA 采集         */                                        

    ADC1->STS = ~(uint32_t)ADC_FLAG_OVR; 

    ADC1->CTRL2_B.REGSWSC = BIT_SET;                        

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

    DMA_ClearStatusFlag(DMA2_Stream0, DMA_FLAG_TCI**0);                

    DMA2_Stream0->SCFG_B.EN = DISABLE; 

                                 

    dmaCompleteFlag = 1;

    HSync_cnt ++;

                        



    currentRow++;  // 切换到下一行 // 

    if (currentRow >= HSync_MAX) 

     {

        currentRow = 0;  // 重置行号

    }

    DMA_ClearIntFlag(DMA2_Stream0, DMA_INT_TCI**0);

    DMA_Switch(currentChannel,currentRow);                    

    EINT_ClearIntFlag(EINT_LINE_10);        

    }



    if (EINT_ReadIntFlag(EINT_LINE_11)) {

        currentChannel++;

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

        ADC_SwitchChannel(currentChannel);

        EINT_ClearIntFlag(EINT_LINE_11);

    }

}

4.4 数据处理在主循环中，处理采集到的数据：

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int main(void) {

    // 初始化相关模块

    USART_Init();

    ADC_Init();

    DMA_Init();

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

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

    while (1) {

        if (dmaCompleteFlag)

        {

            dmaCompleteFlag = 0;                                        

            /* 处理采集到的数据 */

            if (currentChannel == 0){

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

                {

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

                    {

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

                    }

                }

            }

                

            if (currentChannel == 1){



            }

                                        

            if (currentChannel == 2){



            }                        

              printf("\r\n");                                        

            }        

                }                                

}

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。