STM32 HAL库F103系列之ADC实验（二）

多通道ADC采集（DMA读取）实验

这个实验与单通道ADC（DMA读取）实验大致相同

实验简要：

1，功能描述通过DMA读取数据

通过ADC1通道0/1/2/3/4/5（PA0/1/2/3/4/5）采集测试电压，并显示ADC转换的数字量及换算后的电压值

2，确定最小刻度

VREF+ = 3.3V 0V≤VIN≤3.3V 最小刻度 = 3.3 / 4096 F4/F7/H7系列还需要考虑ADC分辨率

3，确定转换时间

采样时间239.5个ADC时钟周期为例，可以得到转换时间为21us

4，模式组合

连续转换模式、使用扫描模式

源码

adc.c

cpp 复制代码

#include "./BSP/ADC/adc.h"


DMA_HandleTypeDef g_dma_nch_adc_handle;
ADC_HandleTypeDef g_adc_nch_dma_handle;
uint8_t g_adc_dma_sta;

/* ADC N通道(6通道) DMA读取 初始化函数 */
void adc_nch_dma_init(uint32_t mar)
{
    ADC_ChannelConfTypeDef adc_ch_conf;
    
    __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
    
    g_dma_nch_adc_handle.Instance = DMA1_Channel1;
    g_dma_nch_adc_handle.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    g_dma_nch_adc_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    g_dma_nch_adc_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    g_dma_nch_adc_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
    g_dma_nch_adc_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
    g_dma_nch_adc_handle.Init.Mode = DMA_NORMAL;
    g_dma_nch_adc_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
    HAL_DMA_Init(&g_dma_nch_adc_handle);
    
    __HAL_LINKDMA(&g_adc_nch_dma_handle, DMA_Handle, g_dma_nch_adc_handle);

    g_adc_nch_dma_handle.Instance = ADC1;
    g_adc_nch_dma_handle.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    g_adc_nch_dma_handle.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_ENABLE;
    g_adc_nch_dma_handle.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    g_adc_nch_dma_handle.Init.NbrOfConversion = 6;
    g_adc_nch_dma_handle.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    g_adc_nch_dma_handle.Init.NbrOfDiscConversion = 0;
    g_adc_nch_dma_handle.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    HAL_ADC_Init(&g_adc_nch_dma_handle);
    
    HAL_ADCEx_Calibration_Start(&g_adc_nch_dma_handle);
    
    adc_ch_conf.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    adc_ch_conf.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
    adc_ch_conf.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&g_adc_nch_dma_handle, &adc_ch_conf);
    
    adc_ch_conf.Channel = ADC_CHANNEL_1;
    adc_ch_conf.Rank = ADC_REGULAR_RANK_2;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&g_adc_nch_dma_handle, &adc_ch_conf);
    
    adc_ch_conf.Channel = ADC_CHANNEL_2;
    adc_ch_conf.Rank = ADC_REGULAR_RANK_3;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&g_adc_nch_dma_handle, &adc_ch_conf);
    
    adc_ch_conf.Channel = ADC_CHANNEL_3;
    adc_ch_conf.Rank = ADC_REGULAR_RANK_4;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&g_adc_nch_dma_handle, &adc_ch_conf);
    
    adc_ch_conf.Channel = ADC_CHANNEL_4;
    adc_ch_conf.Rank = ADC_REGULAR_RANK_5;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&g_adc_nch_dma_handle, &adc_ch_conf);
    
    adc_ch_conf.Channel = ADC_CHANNEL_5;
    adc_ch_conf.Rank = ADC_REGULAR_RANK_6;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&g_adc_nch_dma_handle, &adc_ch_conf);
    
    HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel1_IRQn, 3, 3);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel1_IRQn);

    HAL_DMA_Start_IT(&g_dma_nch_adc_handle, (uint32_t)&ADC1->DR, mar, 0);
    HAL_ADC_Start_DMA(&g_adc_nch_dma_handle, &mar ,0);
}

/* ADC MSP初始化函数 */
void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
    if(hadc->Instance == ADC1)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
        RCC_PeriphCLKInitTypeDef adc_clk_init = {0};
        
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5;
        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);
    }
}

/* 使能一次ADC DMA传输函数 */
void adc_dma_enable(uint16_t cndtr)
{
    ADC1->CR2 &= ~(1 << 0);
    
    DMA1_Channel1->CCR &= ~(1 << 0);
    while (DMA1_Channel1->CCR & (1 << 0));
    DMA1_Channel1->CNDTR = cndtr;
    DMA1_Channel1->CCR |= 1 << 0;

    ADC1->CR2 |= 1 << 0;
    ADC1->CR2 |= 1 << 22;
}

/* ADC DMA采集中断服务函数 */
void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
    if (DMA1->ISR & (1<<1))
    {
        g_adc_dma_sta = 1;
        DMA1->IFCR |= 1 << 1;
    }
}

adc.h

cpp 复制代码

#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"


void adc_nch_dma_init(uint32_t mar);
void adc_dma_enable(uint16_t cndtr);

#endif

main.c

cpp 复制代码

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/ADC/adc.h"


#define ADC_DMA_BUF_SIZE        50 * 6      /* 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 uint8_t g_adc_dma_sta;               /* DMA传输状态标志, 0,未完成; 1, 已完成 */

int main(void)
{
    uint16_t i,j;
    uint16_t adcx;
    uint32_t sum;
    float temp;

    HAL_Init();                                 /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);         /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                             /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                         /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                                 /* 初始化LED */
    lcd_init();                                 /* 初始化LCD */

    adc_nch_dma_init((uint32_t)&g_adc_dma_buf); /* 初始化ADC DMA采集 */

    lcd_show_string(30,  50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30,  70, 200, 16, 16, "ADC 6CH DMA TEST", RED);
    lcd_show_string(30,  90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);

    lcd_show_string(30, 110, 200, 12, 12, "ADC1_CH0_VAL:", BLUE);
    lcd_show_string(30, 122, 200, 12, 12, "ADC1_CH0_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */
    
    lcd_show_string(30, 140, 200, 12, 12, "ADC1_CH1_VAL:", BLUE);
    lcd_show_string(30, 152, 200, 12, 12, "ADC1_CH1_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */

    lcd_show_string(30, 170, 200, 12, 12, "ADC1_CH2_VAL:", BLUE);
    lcd_show_string(30, 182, 200, 12, 12, "ADC1_CH2_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */

    lcd_show_string(30, 200, 200, 12, 12, "ADC1_CH3_VAL:", BLUE);
    lcd_show_string(30, 212, 200, 12, 12, "ADC1_CH3_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */

    lcd_show_string(30, 230, 200, 12, 12, "ADC1_CH4_VAL:", BLUE);
    lcd_show_string(30, 242, 200, 12, 12, "ADC1_CH4_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */

    lcd_show_string(30, 260, 200, 12, 12, "ADC1_CH5_VAL:", BLUE);
    lcd_show_string(30, 272, 200, 12, 12, "ADC1_CH5_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */

    adc_dma_enable(ADC_DMA_BUF_SIZE);   /* 启动ADC DMA采集 */

    while (1)
    {
        if (g_adc_dma_sta == 1)
        {
            /* 循环显示通道0~通道5的结果 */
            for(j = 0; j < 6; j++)  /* 遍历6个通道 */
            {
                sum = 0; /* 清零 */
                for (i = 0; i < ADC_DMA_BUF_SIZE / 6; i++)  /* 每个通道采集了50次数据,进行50次累加 */
                {
                    sum += g_adc_dma_buf[(6 * i) + j];      /* 相同通道的转换数据累加 */
                }
                adcx = sum / (ADC_DMA_BUF_SIZE / 6);        /* 取平均值 */
                
                /* 显示结果 */
                lcd_show_xnum(108, 110 + (j * 30), adcx, 4, 12, 0, BLUE);   /* 显示ADC采样后的原始值 */

                temp = (float)adcx * (3.3 / 4096);  /* 获取计算后的带小数的实际电压值，比如3.1111 */
                adcx = temp;                        /* 赋值整数部分给adcx变量，因为adcx为u16整形 */
                lcd_show_xnum(108, 122 + (j * 30), adcx, 1, 12, 0, BLUE);   /* 显示电压值的整数部分，3.1111的话，这里就是显示3 */

                temp -= adcx;                       /* 把已经显示的整数部分去掉，留下小数部分，比如3.1111-3=0.1111 */
                temp *= 1000;                       /* 小数部分乘以1000，例如：0.1111就转换为111.1，相当于保留三位小数。 */
                lcd_show_xnum(120, 122 + (j * 30), temp, 3, 12, 0X80, BLUE);/* 显示小数部分（前面转换为了整形显示），这里显示的就是111. */
            }
 
            g_adc_dma_sta = 0;                      /* 清除DMA采集完成状态标志 */
            adc_dma_enable(ADC_DMA_BUF_SIZE);       /* 启动下一次ADC DMA采集 */
        }

        LED0_TOGGLE();
        delay_ms(100);
    }
}

单通道ADC过采样实验

这个实验与单通道ADC（DMA读取）实验大致相同

如何用过采样和求平均值的方式提高ADC的分辨率？

（1）如何确定过采样率

根据要增加的分辨率位数计算过采样频率方程：

（2）如何求均值

举个例子：12位分辨率的ADC提高4位分辨率，采样频率就要提高256倍

即需要256次采集才能得到一次16位分辨率的数据

然后将这256次采集结果求和，求和的结果再右移4位，就得到提高分辨率后的结果

注意：提高N 位分辨率，需要右移N位

实验简要：

1，功能描述通过DMA读取数据

通过ADC1通道1（PA1）过采样实现16位分辨率采集电压，并显示ADC转换的数字量及换算后的电压值

2，确定最小刻度

VREF+ = 3.3V 0V≤VIN≤3.3V 最小刻度 = 3.3 / 4096 F4/F7/H7系列还需要考虑ADC分辨率

3，确定转换时间

采样时间设置为最小值1.5个ADC时钟周期，可以得到转换时间为1.17us * 256

4，模式组合

连续转换模式、不使用扫描模式

源码

adc.c

cpp 复制代码

#include "./BSP/ADC/adc.h"


DMA_HandleTypeDef g_dma_adc_handle;
ADC_HandleTypeDef g_adc_dma_handle;
uint8_t g_adc_dma_sta;

/* ADC DMA读取 初始化函数 */
void adc_dma_init(uint32_t mar)
{
    ADC_ChannelConfTypeDef adc_ch_conf;
    
    __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
    
    g_dma_adc_handle.Instance = DMA1_Channel1;
    g_dma_adc_handle.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    g_dma_adc_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    g_dma_adc_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    g_dma_adc_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
    g_dma_adc_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
    g_dma_adc_handle.Init.Mode = DMA_NORMAL;
    g_dma_adc_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
    HAL_DMA_Init(&g_dma_adc_handle);
    
    __HAL_LINKDMA(&g_adc_dma_handle, DMA_Handle, g_dma_adc_handle);

    g_adc_dma_handle.Instance = ADC1;
    g_adc_dma_handle.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    g_adc_dma_handle.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
    g_adc_dma_handle.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    g_adc_dma_handle.Init.NbrOfConversion = 1;
    g_adc_dma_handle.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    g_adc_dma_handle.Init.NbrOfDiscConversion = 0;
    g_adc_dma_handle.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    HAL_ADC_Init(&g_adc_dma_handle);
    
    HAL_ADCEx_Calibration_Start(&g_adc_dma_handle);
    
    adc_ch_conf.Channel = ADC_CHANNEL_1;
    adc_ch_conf.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
    adc_ch_conf.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_1CYCLE_5;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&g_adc_dma_handle, &adc_ch_conf);
    
    HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel1_IRQn, 3, 3);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel1_IRQn);

    HAL_DMA_Start_IT(&g_dma_adc_handle, (uint32_t)&ADC1->DR, mar, 0);
    HAL_ADC_Start_DMA(&g_adc_dma_handle, &mar ,0);
}

/* ADC MSP初始化函数 */
void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
    if(hadc->Instance == ADC1)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
        RCC_PeriphCLKInitTypeDef adc_clk_init = {0};
        
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_ADC1_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);
    }
}

/* 使能一次ADC DMA传输函数 */
void adc_dma_enable(uint16_t cndtr)
{
    ADC1->CR2 &= ~(1 << 0);
    
    DMA1_Channel1->CCR &= ~(1 << 0);
    while (DMA1_Channel1->CCR & (1 << 0));
    DMA1_Channel1->CNDTR = cndtr;
    DMA1_Channel1->CCR |= 1 << 0;

    ADC1->CR2 |= 1 << 0;
    ADC1->CR2 |= 1 << 22;
    
//    __HAL_ADC_DISABLE(&g_adc_dma_handle);
//    
//    __HAL_DMA_DISABLE(&g_dma_adc_handle);
//    while (__HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_adc_handle, __HAL_DMA_GET_TC_FLAG_INDEX(&g_dma_adc_handle)));
//    DMA1_Channel1->CNDTR = cndtr;
//    __HAL_DMA_ENABLE(&g_dma_adc_handle);
//    
//    __HAL_ADC_ENABLE(&g_adc_dma_handle);
//    HAL_ADC_Start(&g_adc_dma_handle);
}

/* ADC DMA采集中断服务函数 */
void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
    if (DMA1->ISR & (1<<1))
    {
        g_adc_dma_sta = 1;
        DMA1->IFCR |= 1 << 1;
    }
}

adc.h

cpp 复制代码

#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"


void adc_dma_init(uint32_t mar);
void adc_dma_enable(uint16_t cndtr);

#endif

main.c

cpp 复制代码

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/ADC/adc.h"


/* ADC过采样技术, 是利用ADC多次采集的方式, 来提高ADC精度, 采样速度每提高4倍
 * 采样精度提高 1bit, 同时, ADC采样速度降低4倍, 如提高4bit精度, 需要256次采集
 * 才能得出1次数据, 相当于ADC速度慢了256倍. 理论上只要ADC足够快, 我们可以无限
 * 提高ADC精度, 但实际上ADC并不是无限快的, 而且由于ADC性能限制, 并不是位数无限
 * 提高结果就越好, 需要根据自己的实际需求和ADC的实际性能来权衡.
 */
#define ADC_OVERSAMPLE_TIMES    256                         /* ADC过采样次数, 这里提高4bit分辨率, 需要256倍采样 */
#define ADC_DMA_BUF_SIZE        ADC_OVERSAMPLE_TIMES * 10   /* ADC DMA采集 BUF大小, 应等于过采样次数的整数倍 */

uint16_t g_adc_dma_buf[ADC_DMA_BUF_SIZE];                   /* ADC DMA BUF */

extern uint8_t g_adc_dma_sta;                               /* DMA传输状态标志, 0,未完成; 1, 已完成 */

int main(void)
{
    uint16_t i;
    uint32_t adcx;
    uint32_t sum;
    float temp;

    HAL_Init();                                 /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);         /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                             /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                         /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                                 /* 初始化LED */
    lcd_init();                                 /* 初始化LCD */

    adc_dma_init((uint32_t)&g_adc_dma_buf);     /* 初始化ADC DMA采集 */

    lcd_show_string(30,  50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30,  70, 200, 16, 16, "ADC OverSample TEST", RED);
    lcd_show_string(30,  90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "ADC1_CH1_VAL:", BLUE);
    lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "ADC1_CH1_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */

    adc_dma_enable(ADC_DMA_BUF_SIZE);           /* 启动ADC DMA采集 */

    while (1)
    {
        if (g_adc_dma_sta == 1)
        {
            /* 计算DMA 采集到的ADC数据的平均值 */
            sum = 0;

            for (i = 0; i < ADC_DMA_BUF_SIZE; i++)   /* 累加 */
            {
                sum += g_adc_dma_buf[i];
            }

            adcx = sum / (ADC_DMA_BUF_SIZE / ADC_OVERSAMPLE_TIMES); /* 取平均值 */
            adcx >>= 4;   /* 除以2^4倍, 得到12+4位 ADC精度值, 注意: 提高 N bit精度, 需要 >> N */

            /* 显示结果 */
            lcd_show_xnum(134, 110, adcx, 5, 16, 0, BLUE);      /* 显示ADC采样后的原始值 */

            temp = (float)adcx * (3.3 / 65536);                 /* 获取计算后的带小数的实际电压值，比如3.1111 */
            adcx = temp;                                        /* 赋值整数部分给adcx变量，因为adcx为u16整形 */
            lcd_show_xnum(134, 130, adcx, 1, 16, 0, BLUE);      /* 显示电压值的整数部分，3.1111的话，这里就是显示3 */

            temp -= adcx;                                       /* 把已经显示的整数部分去掉，留下小数部分，比如3.1111-3=0.1111 */
            temp *= 1000;                                       /* 小数部分乘以1000，例如：0.1111就转换为111.1，相当于保留三位小数。 */
            lcd_show_xnum(150, 130, temp, 3, 16, 0X80, BLUE);   /* 显示小数部分（前面转换为了整形显示），这里显示的就是111. */

            g_adc_dma_sta = 0;                                  /* 清除DMA采集完成状态标志 */
            adc_dma_enable(ADC_DMA_BUF_SIZE);                   /* 启动下一次ADC DMA采集 */
        }

        LED0_TOGGLE();
        delay_ms(100);
    }
}