作为一个偏向工控的芯片,ADC采样是一个十分重要的外设。STM32集成三个12位精度18通道的内部ADC,最高速度1微秒,结合DMA可以解放CPU进行更好的处理。
ADC接口上的其它逻辑功能包括:
●同步的采样和保持
●交叉的采样和保持
●单次采样
模拟看门狗功能允许非常精准地监视一路、多路或所有选中的通道,当被监视的信号超出预置的阀值时,将产生中断。
由标准定时器(TIMx)和高级控制定时器(TIM1和TIM8)产生的事件,可以分别内部级联到ADC的开始触发和注入触发,应用程序能使AD转换与时钟同步。
12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字数字转换器。它有多达18个通道,可测量16个外部和2个内部信号源。
ADC的输入时钟不得超过14MHZ,它是由PCLK2经分频产生。
如果被ADC转换的模拟电压低于低阀值或高于高阀值,AWD模拟看门狗状态位被设置。
关于ADC采样与DMA关系,引用网上一段解释:
STM32 的优点在哪里?
除去宣传环节,细细分析。
STM32 时钟不算快,72MHZ,
也不能扩展大容量的RAM FLASH,
同样没有 DSP 那样强大的指令集。
它的优势在哪里呢?
---就在快速采集数据,快速处理上。
ARM 的特点就是方便。
这个快速采集,高性能的ADC 就是一个很好的体现,
12 位精度,最快1uS 的转换速度,通常具备2 个以上独立的ADC 控制器,
这意味着,
STM32 可以同时对多个模拟量进行快速采集,
这个特性不是一般的MCU具有的。
以上高性能的 ADC,配合相对比较块的指令集和一些特色的算法支持,
就构成了STM32 在电机控制上的强大特性。
好了,正题,怎末做一个简单的ADC,注意是简单的,
ADC 是个复杂的问题,涉及硬件设计,电源质量,参考电压,信号预处理等等问题。
我们只就如何在MCU内完成一次ADC 作讨论。
谈到 ADC,我们还要第一次引入另外一个重要的设备DMA.
DMA是什么东西呢。
通常在 8 位单片机时代,很少有这个概念。
在外置资源越来越多以后,
我们把一个MCU内部分为主处理器和 外设两个部分。
主处理器当然是执行我们指令的主要部分,
外设则是串口 I2C ADC 等等用来实现特定功能的设备
回忆一下,8 位时代,我们的主处理器最常干的事情是什么?
逻辑判断?不是。那才几个指令
计算算法?不是。大部分时候算法都很简单。
事实上,主处理器就是作个搬运工,
把 USART 的数据接收下来,存起来
把 ADC 的数据接收下来,存起来
把要发送的数据,存起来,一个个的往USART 里放。
…………
为了解决这个矛盾,
人们想到一个办法,让外设和内存间建立一个通道,
在主处理器允许下,
让外设和内存直接读写,这样就释放了主处理器,
这个东西就是DMA。
打个比方:
一个MCU是个公司。
老板就是主处理器
员工是外设
仓库就是内存
从前 仓库的东西都是老板管的。
员工需要原料工作,就一个个报给老板,老板去仓库里一个一个拿。
员工作好的东西,一个个给老板,老板一个个放进仓库里。
老板很累,虽然老板是超人,也受不了越来越多的员工和单子。
最后老板雇了一个仓库保管员,它就是DMA
他专门负责入库和出库,
只需要把出库和入库计划给老板过目
老板说 OK,就不管了。
后面的入库和出库过程,
员工只需要和这个仓库保管员打交道就可以了。
--------闲话,马七时常想,让设备与设备之间开DMA,岂不更牛X
比喻完成。
ADC 是个高速设备,前面提到。
而且 ADC 采集到的数据是不能直接用的。即使你再小心的设计外围电路,测的离谱的数据总会出现。
那么通常来说,是采集一批数据,然后进行处理,这个过程就是软件滤波。
DMA用到这里就很合适。让ADC 高速采集,把数据填充到RAM 中,填充一定数量,比如32 个,64 个MCU再来使用。
-----多一句,也可以说,单次ADC 毫无意义。
下面我们来具体介绍,如何使用DMA来进行ADC 操作。
初始化函数包括两部分,DMA 初始化和ADC 初始化
我们有多个管理员--DMA
一个管理员当然不止管一个DMA 操作。所以DMA有多个Channel
以下是程序分析:
程序基于STM32F103VET6,库函数实现
RCC部分:(忽略系统时钟配置)
//启动DMA时钟
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
//启动ADC1时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
GPIO部分:(ADC引脚参见上表)
//ADC_CH10--> PC0
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
// PC2
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
ADC1配置:(两外部输入,另采样内部温度传感器)
void ADC1_Configuration(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //转换模式为独立,还有交叉等非常多样的选择
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; //连续转换开启
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3; //设置转换序列长度为3,三通道
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
//ADC内置温度传感器使能(要使用片内温度传感器,切忌要开启它)
ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);
//常规转换序列1:通道10
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
//常规转换序列2:通道16(内部温度传感器),采样时间>2.2us,(239cycles)
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 2, ADC_SampleTime_239Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 3, ADC_SampleTime_239Cycles5);
//输入参数:ADC外设,ADC通道,转换序列顺序,采样时间
// Enable ADC1
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
// 开启ADC的DMA支持(要实现DMA功能,还需独立配置DMA通道等参数)
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
// 下面是ADC自动校准,开机后需执行一次,保证精度
// Enable ADC1 reset calibaration register
ADC_ResetCalibration(ADC1);
// Check the end of ADC1 reset calibration register
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
// Start ADC1 calibaration
ADC_StartCalibration(ADC1);
// Check the end of ADC1 calibration
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
// ADC自动校准结束---------------
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //ADC启动
}
DMA配置:(无软件滤波)
void DMA_Configuration(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; //DMA外设地址,在头部定义
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&AD_Value; //内存地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //外设至内存模式
//BufferSize=2,因为ADC转换序列有2个通道
//如此设置,使序列1结果放在AD_Value[0],序列2结果放在AD_Value[1]
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 3; //一次转换三个
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //接受一次后,设备地址不后移
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //接受一次后,内存地址后移
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; //每次传输半字
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
//循环模式开启,Buffer写满后,自动回到初始地址开始传输
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);
//配置完成后,启动DMA通道
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
}
此DMA例程用于单次ADC转换,配合软件滤波可做如下改动:
全局声明:
vu16 AD_Value[30][3]; //AD采样值
vu16 After_filter[3]; //AD滤波后
DMA部分:(带中断滤波)
void DMA_Configuration(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&AD_Value;
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
//BufferSize=2,因为ADC转换序列有2个通道
//如此设置,使序列1结果放在AD_Value[0],序列2结果放在AD_Value[1]
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 90;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
//循环模式开启,Buffer写满后,自动回到初始地址开始传输
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);
//配置完成后,启动DMA通道
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE); //使能DMA传输完成中断
}
|