STM32 HAL库实战：高效整合DMA与ADC开发指南

news2025/3/17 12:53:08

STM32 HAL库实战：高效整合DMA与ADC开发指南

一、DMA与ADC基础介绍

1. DMA：解放CPU的“数据搬运工”

DMA（Direct Memory Access）是STM32中用于在外设与内存之间直接传输数据的硬件模块。其核心优势在于无需CPU干预，可显著提升系统效率。

功能特点：
- 支持存储器↔外设、存储器↔存储器的数据传输。
- 多通道管理，每个通道独立控制一个外设的数据传输。
- 传输完成后触发中断通知CPU。
典型应用场景：
- ADC多通道连续采样数据的自动存储。
- 串口大数据收发、SPI/I2C通信等。

2. ADC：模拟世界的“数字翻译器”

ADC（Analog-to-Digital Converter）负责将模拟信号（如电压、温度）转换为数字信号。STM32的ADC模块支持多通道、高精度采样。

关键参数：
- 分辨率：12位（0~4095）。
- 采样速率：最高1MHz（STM32F1系列）。
- 输入通道：16个外部通道 + 2个内部通道（温度传感器、V_REF）。
工作模式：
- 单次转换、连续转换、扫描模式（多通道轮询）。

二、DMA+ADC整合开发步骤

1. 硬件与工程配置

硬件连接示例

ADC通道：PA1（通道1）接模拟输入（如MQ2烟雾传感器、电位器等）。
DMA通道：ADC1使用DMA1通道1（见STM32参考手册）。

硬件代码配置

ADC基础配置

void adc_config(void)
{
    adc_handle.Instance = ADC1;
    adc_handle.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    adc_handle.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
    adc_handle.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    adc_handle.Init.NbrOfConversion = 1;
    adc_handle.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    adc_handle.Init.NbrOfDiscConversion = 0;
    adc_handle.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    HAL_ADC_Init(&adc_handle);
    
    HAL_ADCEx_Calibration_Start(&adc_handle);
}

ADC硬件配置

void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    if(hadc->Instance == ADC1)
    {
        RCC_PeriphCLKInitTypeDef adc_clk_init = {0};
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
        
        __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        
        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_1;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
        
        adc_clk_init.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC;
        adc_clk_init.AdcClockSelection = RCC_ADCPCLK2_DIV6;
        HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&adc_clk_init);
    }
}

ADC通道配置


void adc_channel_config(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t ch, uint32_t rank, uint32_t stime)
{
    ADC_ChannelConfTypeDef adc_ch_config = {0};
    
    adc_ch_config.Channel = ch;
    adc_ch_config.Rank = rank;
    adc_ch_config.SamplingTime = stime;
    HAL_ADC_ConfigChannel(hadc, &adc_ch_config);
}

DMA配置：

void dma_config(void)
{
    __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
    dma_handle.Instance = DMA1_Channel1;
    dma_handle.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    
    //内存相关配置
    dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
    dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    
    //外设相关配置
    dma_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
    dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    
    dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
    dma_handle.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
    HAL_DMA_Init(&dma_handle);
    
    __HAL_LINKDMA(&adc_handle, DMA_Handle, dma_handle);
}

2. 关键代码实现

初始化并启动DMA

void adc_dma_init(uint32_t *mar)
{
    adc_config();
    adc_channel_config(&adc_handle, ADC_CHANNEL_1, ADC_REGULAR_RANK_1, ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5);
    dma_config();
    
    HAL_ADC_Start_DMA(&adc_handle, mar, 1);
}

在主函数中，调用该函数，DMA将会一直将值存放在mar所指的内存上。

3. 优化技巧与常见问题

提升ADC精度

硬件优化：
- 添加0.1μF滤波电容到ADC输入引脚。
- 单独为VDDA和VSSA供电。
软件优化：
- 丢弃前几次采样值（避免电源不稳定）。

常见问题排查

数据错位：检查DMA数据宽度（需与ADC对齐方式一致）。
采样值跳动：增加采样时间或添加软件滤波（如滑动平均）。
DMA不触发：确认DMA通道与ADC的映射关系（参考数据手册）。

三、项目实战：DMA单通道采集（烟雾）

功能需求

使用PA1烟雾报警模拟输入。
每3秒计算一次并通过串口输出。

核心代码片段

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "uart1.h"
#include "adc.h"


#define CAL_PPM  10  // 校准环境中PPM值
#define RL	     10  // RL阻值
#define R0	     97  // R0阻值

uint16_t adc_result = 0;
int main(void)
{
	 float RS ;
	 float ppm;
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */
    led_init();                         /* 初始化LED灯 */
    uart1_init(115200);
    adc_dma_init((uint32_t  *)&adc_result);
    printf("hello world!\r\n");

    while(1)
    { 
//        printf("adc result: %f\r\n", (float)adc_result / 4096 * 3.3);
	  RS = (3.3f - (float)adc_result / 4096 * 3.3) / (float)adc_result / 4096 * 3.3 * RL;
	  ppm = 98.322f * pow(RS/R0, -1.458f);
		printf("adc result: %f\r\n", ppm);
        delay_ms(3000);
    }
}