细说MCU用DMA控制ADC采样和串口传送的实现方法

news2024/12/23 0:06:40

目录

一、建立工程

1.相同的配置

2.配置ADC

3.配置DMA

二、代码修改

1.定义存储ADC采样结果的数组

2.启动ADC与定时器

3.编写主程序代码

4.重定义回调函数

5.查看结果

三、修改DMA模式

1. 修改DMA模式为Circular

2.查看结果

        采用DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)控制器实现A/D采样。采用这种方式时，一旦配置好ADC参数及所使用的DMA通道，DMA控制器就会自动将A/D转换结果送至指定的存储器空间中(数组)。在使用A/D转换数据时，只需要在主程序中读取相应的数组变量就可以了，无需再调用HAL_ADC_GetValue()等函数来获取A/D转换结果。

        采用DMA的方式可以不占用CPU的资源，直接由DMA控制器来实现外设(或存储器与存储器之间的数据交互。所以，这种方式在实际中是比较实用的，并且可以极大地提高CPU的工作效率。

一、建立工程

       本文项目以来的硬件工程及配置参考本文作者的下述文章，工程配置基本一致。本文只描述不一样的地方。细说MCU用定时器控制ADC采样频率的实现方法并通过Simulink查看串口输出波形-CSDN博客  https://wenchm.blog.csdn.net/article/details/140523545icon-default.png?t=N7T8https://wenchm.blog.csdn.net/article/details/140523545

1.相同的配置

  • 配置串口；
  • 配置TIM3，TIM4;
  • 选择时钟源和Debug模式，配置系统时钟和ADC时钟；
  • 配置GPIO，LED；

2.配置ADC

        在硬件配置界面中打开Analog→ADC1，在其模式Mode区中，通道1（IN1）选择IN1 Single-ended；在下面的配置（Configuration）区中，需要对几个参数进行调整：

        首先，在ADC设置（ADC_Settings）参数栏，依然可以不对ADC的时钟进行分频，还将预分频参数（Clock Prescaler）选择为Asynchronous clock mode divided by 1。本例中用定时器实现对采样频率的控制。

        随后，依然将ADC设置（ADC_Settings）参数栏中连续转换模式（Continuous Conversion Mode）设置为Disabled，由于要用DMA，所以需要使能DMA连续请求（DAM Continuous Requests）参数。

3.配置DMA

        打开DMA设置（DMA Settings）选项卡，先添加一个ADC1的DMA请求。DMA有多个可选通道，这里随便选择一个即可（共有两个DMA,每个都有8个通道）。此外，优先级有四级，从低(Low)到很高(Very High),可以先保持默认值Low。

        DMA请求设置（DMA Request Settings）栏，可以设置DMA的模式；模式有两种：常规(Normal）和循环（Circular）。如果是Normal模式，仅会执行一次DMA,若要继续执行，则要重新启动。在Circular模式下，可以连续执行DMA。此例中，先将DMA模式设置为Normal。此外，在增量地址（Increment Address）中，勾选上存储器（Memory）,这样就可以将数据顺次存储到一个数组中。因为A/D的转换结果需要一个16位的数，所以将数据宽度（Data Width）设置为半字（Half Word），一个字为32位。

        ADC1的DMA请求设置完毕后，设置DMA连续请求（DAM Continuous Requests）参数为Enabled。

        在ADC规则转换模式(ADC_Regular_ConversionMode)栏，还是将外部触发转换源(External Trigger Conversion Source)选择为Timer 3 Trigger Out event。在ADC规则转换模式参数栏中，将Rank下的采样时间选择为2.5个周期。

        由于是使用DMA来实现将A/D采样结果传递到存储器（数组）的，所以无需配置ADC的中断。不过，因为配置了ADC的DMA功能，所以会用到DMA的中断。由于上面配置的是DMA1的通道1,所以会自动开启DMA1的通道1中断。打开ADC配置界面中的NVIC设置（NVIC Settings），可以看到DMA1 channel 1 global interrupt已经自动被使能了，并且不能取消。另外一个ADC1的中断（ADC1 and AD2 global interrupt）由于用不到，所以无需开启。

二、代码修改

1.定义存储ADC采样结果的数组

        首先定义存储ADC采样结果的数组，本例中用数组变量ADC1ConvertedData。将存储ADC采样结果的数组定义为全局变量，同时定义一个后面会用到的变量ADCDMAFlag,将它们一并放到主程序中的注释对中：

/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t ADC1ConvertedData[ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE] = {0};
uint8_t ADCDMAFlag = 0;
/* USER CODE END PV */

        其中，数组长度ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE可以定义到main.h中：

/* USER CODE BEGIN Private defines */
#define ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE (uint16_t) 60
/* USER CODE END Private defines */

2.启动ADC与定时器

        本例中无需开启ADC1的中断。不过，要在主函数的初始化代码中调用ADC校验函数HAL_ADCEx_Calibration_Start,启动DMA方式的ADC转换（通过调用HAL_ADC_Start_DMA函数），并开启TIM3（通过调用HAL_TIM_Base_Start）。将上述三个函数的调用放到while(1)之前、MX_ADC1_Init()之后的注释对中：

 /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1,ADC_SINGLE_ENDED);
  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)&ADC1ConvertedData,ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE);
  HAL_TIM_Base_Start(&htim3);
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim4);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_1);
 /* USER CODE END 2 */

        ADC的采样是由TIM3控制的，采样值存入存储器(数组)的过程是通过DMA完成的，即ADC采样值在DMA控制器的控制下直接传送到数组ADC1ConvertedData中。虽然没有开启ADC1的中断，但在DMA完成设定长度的ADC采样数据传递后，也会调用一次回调函数HAL_ADC_ConvCpltCallback()。这里所谓的“设定长度”,就是函数HAL_ADC_Start_DMA()中的第三个参数。该参数在前面的代码中被设定为60。

        TIM4用来产生信号源。

3.编写主程序代码

        如果要通过串口送出采样值数据，可以在本次DMA传送完毕后进行。如果DMA还在更新时就进行串口数据发送，可能会出现数据不连续的情况。所以，可以在回调函数HAL_ADC_ConvCpltCallback()中将一个标志变量置位（可使用前面定义的变量ADCDMAFlag）,置位就表示DMA传送完毕。然后，在while(1)循环中，以此标志位为条件，实现一段完整的采样值数据发送。串口数据发送，可以通过在主程序中调用串口发送函数来实现。

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  if(ADCDMAFlag == 1)
	  {
		  ADCDMAFlag = 0;
		  HAL_ADC_Stop_DMA(&hadc1);
		  HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)&ADC1ConvertedData,ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE*2,0xFFFF);
		  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)&ADC1ConvertedData,ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE);
		  HAL_Delay(1000);
	  }
  }
  /* USER CODE END 3 */

        上面这段代码中有两个是控制DMA的函数，有一个是串口发送数据的函数。第一个函数是让DMA停止工作，暂停数据搬运，然后用函数HAL_UART_Transmit发送A/D采样数据。注意，在HAL_UART_Transmit的参数中，设置发送数据的长度为ADC采样数据的2倍，这是因为串口每次只能发送1个字节的数据，而一个A/D采样值会占用2个字节。数据发送完毕后，再重新启动ADC的DMA传输。

4.重定义回调函数

        此外，在main.c中重新定义回调函数HAL_ADC_ConvCpltCallback():

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* AdcHandle)
{
	ADCDMAFlag =1;
}

//信号源
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);
}
/* USER CODE END 4 */

5.查看结果

        施加信号源（可以是PA5）到ADC输入端PA0上，打开串口接收的Simulink模型，即可看到通过串口送来的信号波形。

三、修改DMA模式

1. 修改DMA模式为Circular

        上面例子中，主程序每间隔1000 ms发送一组数据；每次发送前要关闭DMA,发送后再重启。这种方式送来的两组数据其实并非连续的数据。那么,如何让串口实时向外连续发送A/D采样的数据呢?

        在前面配置ADC1的DMA、设置ADC1的DMA请求的模式时，选择的是Normal。如果选择Circular，DMA就会持续传送ADC采样数据到数组中，不过会循环覆盖；如果能够在下次DMA数据传递完成前将数据发送出去，就不会有影响。假如还是设置ADC采集缓冲区长度为60，则DMA一次会传送60个采样值数据；因为采样频率为1 kHz,所以完成这些数据的采样需要60 ms的时间。加上DMA的处理时间，DMA完成这些数据的传递至少需要60 ms。这60个ADC采样值，占120个字节。串口发送1个字节的数，至少要发送10个二进制位（8个数据位、1个停止位和1个起始位），所以发送120个字节的数据，对应的二进制位数为1200，而设置的串口波特率为115200 bit/s发送1200位需要的时间为(1200/115200)s，约为10.4 ms。这个时间小于DMA搬运一次数据所需的60 ms。所以完全可以实现通过串口的数据实时发送。

        修改while(1)循环中的代码如下：

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  //DMA标准模式
	  /*if(ADCDMAFlag == 1)
	  {
		  ADCDMAFlag = 0;
		  HAL_ADC_Stop_DMA(&hadc1);
		  HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)&ADC1ConvertedData,ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE*2,0xFFFF);
		  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)&ADC1ConvertedData,ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE);
		  HAL_Delay(1000);
	  } */
	  //DMA循环模式
	  if(ADCDMAFlag ==1)
	  {
		  ADCDMAFlag =0;
		  HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t *)&ADC1ConvertedData,ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE*2,0xFFFF);
	  }
  }
  /* USER CODE END 3 */

2.查看结果

 

         DMA模式修改为循环后，串口的工作效率更高，不丢数据，达到了实时传递数据的效果。

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