STM32F407 HAL库定时器触发ADC采集与DMA数据传输（定时器TIM+ADC+DMA）

在STM32F407系列微控制器的开发中，结合定时器、ADC（模数转换器）与DMA（直接存储器访问）控制器，能够显著提升数据采集与传输的效率。本文将指导你如何使用STM32 HAL库，通过定时器触发ADC1的单通道采集，利用DMA传输数据，最终通过串口将电压值打印出来。具体实现中，我们将读取ADC1的通道5（对应引脚PA5），并将转换得到的电压值发送到串口助手上进行显示。

一、开发环境

硬件：正点原子探索者 V3 STM32F407开发板

单片机：STM32F407ZGT6

Keil版本：5.32

STM32CubeMX版本：6.9.2

STM32Cube MCU Packges版本：STM32F4xx_DFP.2.14.0

二、配置STM32CubeMX

启动STM32CubeMX，新建STM32CubeMX项目：
选择MCU：在软件中选择你的STM32型号-STM32F407ZGT6。
选择时钟源：
配置时钟：
使能Debug功能：Serial Wire
HAL库时基选择：SysTick
USART1配置：选择异步模式。
开启外部时钟：配置系统时钟，确保ADC和串口的外部时钟已开启。
配置ADC：

1）选择ADC1作为采集模块。

2）设置ADC1的通道5（对应引脚PA5）为采集通道。

3）配置采样时间和分辨率。通常，采样时间越长，ADC的转换精度越高，但也会增加转换时间。

4）启用连续禁用模式。

5）禁用扫描模式，因为我们只采集一个通道。

10.配置定时器3：

时钟源频率：84 MHz
预分频器（Prescaler）的值：0
周期（Period）的值：840 - 1 = 839（因为是从0开始计数，所以实际周期是840个时钟周期，但寄存器中存储的是839）
定时器时钟频率 = 时钟源频率 / (预分频器值 + 1) = 84 MHz / (1 + 1) = 84 MHz / 1 = 84 MHz
定时器输出频率 = 定时器时钟频率 / (周期值 + 1) = 假设的定时器时钟频率 84 MHz / 840 = 100 kHz

11.配置工程参数：在Project标签页中，配置项目名称和位置，选择工具链MDK-ARM。 12.生成代码：在Code Generator标签页中，配置工程外设文件与HAL库，勾选头文件.c和.h文件分开，然后点击Project > Generate Code生成代码。

三、代码实现与部署

main.c增加代码：main.c的第1行添加printf的头文件#include<stdio.h>。ADC电压换算时用到公式：待测电压=(ADC的返回值/4095)∗3.3V.

/* USER CODE BEGIN Header */
#include<stdio.h>
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2024 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

#define ADC_DMA_BUF_SIZE        200          /* ADC DMA采集 BUF大小, 应等于ADC通道数的整数倍 */

uint16_t g_adc_dma_buf[ADC_DMA_BUF_SIZE];   /* ADC DMA BUF */
extern __IO uint8_t g_adc_dma_sta;               /* DMA传输状态标志, 0,未完成; 1, 已完成 */
// 当前ADC值的索引  
volatile uint16_t adc_index = 0;  
/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_TIM3_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	HAL_TIM_Base_Start(&htim3);                           //开启定时器3
    // 启动ADC采集并通过DMA传输数据到缓冲区  
   HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)g_adc_dma_buf, ADC_DMA_BUF_SIZE);
	 while (!g_adc_dma_sta);                                   //等待转换完毕
    
	for (uint16_t i = 0; i < ADC_DMA_BUF_SIZE; i++)
	{
    printf("%.3f\r\n", g_adc_dma_buf[i] * 3.3 / 4095); //数据打印，查看结果
	}

  /* USER CODE END 2 */

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

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	}
  /* USER CODE END 3 */
}

stm32f4xx_it.c增加代码：
ADC（模数转换器）负责进行数据采集，而DMA（直接存储器访问）则负责将这些数据高效地搬运到指定的内存区域。当DMA完成数据的搬运任务后，整个ADC的采集过程也随之宣告结束。此时，DMA会触发一个中断信号，通知CPU搬运操作已经完成。

响应这个DMA中断的是DMA2_Stream0_IRQHandler函数。一旦此函数被调用，它便会执行一系列操作来告知CPU：ADC的采集工作已经全部完成。在程序层面，我们可以通过检查一个名为g_adc_dma_sta的标志位的状态变化，来确认ADC的采集过程是否已经结束。
```
/* USER CODE BEGIN 0 */
__IO uint8_t g_adc_dma_sta =0;  
/* USER CODE END 0 */
```
```
/**
  * @brief This function handles DMA2 stream0 global interrupt.
  */
void DMA2_Stream0_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN DMA2_Stream0_IRQn 0 */

  /* USER CODE END DMA2_Stream0_IRQn 0 */
  HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_adc1);
  /* USER CODE BEGIN DMA2_Stream0_IRQn 1 */
   g_adc_dma_sta = 1;    
  /* USER CODE END DMA2_Stream0_IRQn 1 */
}
```

usart.c增加代码：usart.c的第1行添加头文件#include <stdio.h>
#include <string.h>，在末尾用户代码区增加如下代码。printf调用“fputc()”,“fgetc()”，该函数会使用HAL_UART_Transmit发送数据。

/*
* 添加如下代码，可不在工程设置中勾选Use MicroLIB
*/
#pragma import(__use_no_semihosting)

struct __FILE
{
	int a;
};

FILE __stdout;
FILE __stdin;

void _sys_exit(int x)
{
}


/*****************************************************
*function: 写字符文件函数
*param1: 输出的字符
*param2: 文件指针
*return: 输出字符的ASCII码
******************************************************/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, 10);
	return ch;
}
/*****************************************************
*function: 读字符文件函数
*param1: 文件指针
*return: 读取字符的ASCII码
******************************************************/
int fgetc(FILE *f)
{
	uint8_t ch = 0;
	HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, 10);
	return (int)ch;
}

连接USART1：用USB转TTL工具连接当前硬件USART1的PA9、PA10，GND。
打开串口助手：
编译代码：Keil编译生成的代码。
烧录程序：将编译好的程序用ST-LINK烧录到STM32微控制器中。

四、运行结果

观察结果：一旦程序烧录完成并运行，串口助手打印出PA5的电压，当接地的时候得出的电压值是0，当输入正弦波得到如下结果。

导入excel看波形，采样点数 = 采样频率 / 信号频率 = 100kHz / 10kHz = 10。

为了验证采样率是否是100k，ADC去采集信号发生器产生的5k信号，excel看波形，可以看到一个周期20个点。采样点数 = 采样频率 / 信号频率 = 100kHz / 5kHz = 20，说明采样率为100k。