STM32F407：基于DMA的ADC数据采集与处理

1万 · 2025-2-28 08:35

在嵌入式系统中，ADC（模数转换）广泛应用于传感器数据采集、音频信号处理等场合。而STM32F407微控制器，凭借其强大的硬件资源和灵活的外设配置，成为了很多高性能数据采集应用的首选。本文将详细介绍如何使用STM32F407通过DMA（直接内存访问）方式高效地采集模拟信号，并进行数据处理。

项目背景与需求

在许多实时系统中，数据采集的速度和精度至关重要。STM32F407内建12位的ADC转换器，可以进行高精度的模拟信号采样。通常情况下，CPU通过轮询方式获取ADC数据，但这种方式会占用大量处理器时间，尤其是在需要频繁采样的场合。而DMA可以在没有CPU干预的情况下直接将ADC转换结果传输到内存，极大地提高了系统效率。

本项目的目标是使用STM32F407的ADC和DMA功能，实时采集模拟信号并将数据存储到内存中。我们将使用DMA进行数据传输，以减少CPU负担，并通过简单的处理算法展示如何处理这些数据。

硬件配置

STM32F407开发板配备了多个模拟输入引脚，可以连接到外部传感器或信号源。本示例中，我们将使用STM32F407的ADC1模块和PA0引脚作为输入源，采集模拟信号。

软件环境

开发环境选择STM32CubeIDE，它结合了STM32CubeMX进行配置，并提供了HAL库支持。使用此环境，可以简化初始化代码的编写，并轻松地配置DMA和ADC。

步骤1：STM32CubeMX配置

打开STM32CubeMX并创建一个新的STM32F407项目。
在“Pinout & Configuration”页面，选择PA0引脚为ADC输入。
启用ADC1模块，选择DMA传输模式。
在“Configuration”页面，启用DMA功能，并将ADC1的数据传输到内存。
配置ADC的采样频率，设置为合适的采样速率，确保能够满足应用的实时需求。
生成代码并导入STM32CubeIDE。

步骤2：代码实现

复制

#include "stm32f4xx_hal.h"



#define ADC_BUFFER_SIZE 100



ADC_HandleTypeDef hadc1;

DMA_HandleTypeDef hdma_adc1;

uint32_t adc_buffer[ADC_BUFFER_SIZE]; // DMA缓存区，用于存储ADC采样数据



// ADC和DMA初始化

void ADC_DMA_Init(void)

{

    // 配置ADC

    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

    hadc1.Instance = ADC1;

    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B; // 12位分辨率

    hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;

    hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE; // 连续转换模式

    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;

    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_EXTERNALTRIGCONV_T1_CC1;

    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;

    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1; // 只采集一个通道



    HAL_ADC_Init(&hadc1);



    // 配置DMA

    __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();

    hdma_adc1.Instance = DMA2_Stream0;

    hdma_adc1.Init.Channel = DMA_CHANNEL_0;

    hdma_adc1.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;

    hdma_adc1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;

    hdma_adc1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;

    hdma_adc1.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;

    hdma_adc1.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;

    hdma_adc1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR; // 循环模式

    hdma_adc1.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;

    HAL_DMA_Init(&hdma_adc1);



    // 将DMA与ADC关联

    __HAL_LINKDMA(&hadc1, DMA_Handle, hdma_adc1);



    // 启动DMA

    HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, adc_buffer, ADC_BUFFER_SIZE);

}



// ADC采集数据处理函数

void Process_ADC_Data(void)

{

    for (int i = 0; i < ADC_BUFFER_SIZE; i++) {

        // 对采集到的数据进行处理，例如计算平均值、滤波等

        uint32_t processed_data = adc_buffer[i]; // 这里仅做简单处理

        printf("ADC采样数据[%d]: %ld\n", i, processed_data);

    }

}



int main(void)

{

    HAL_Init();

    SystemClock_Config();



    // 初始化ADC和DMA

    ADC_DMA_Init();



    while (1) {

        // 每隔一定时间处理一次采集的数据

        HAL_Delay(1000);  // 假设每秒处理一次数据

        Process_ADC_Data();

    }

}

步骤3：调试与测试

编译并烧录代码到STM32F407开发板。
使用调试工具检查DMA是否正确地将ADC数据传输到内存。
通过串口输出查看采集到的ADC数据，并进行相应的处理。

总结

通过使用DMA进行ADC数据采集，可以有效减少CPU的负担，提高系统的实时性。STM32F407的ADC和DMA硬件资源使得这一过程非常高效，能够处理较高频率的数据采样。在本示例中，我们使用DMA将ADC采集的数据存储到内存，并通过简单的处理算法进行数据分析，适用于需要实时数据采集与处理的嵌入式应用。