基于 STM32L476 + SAI1 Block A + DMA 循环乒乓缓冲实现 4 路加速度计 TDM 采集

约定参数（可根据实际芯片修改）

参数项	取值	说明
TDM 模式	共享总线式	所有加速度计并联数据线、时钟、帧同步
时隙数量	4 个	对应 4 颗加速度计，时隙 0~3 分别对应第 1~4 颗
单时隙位宽	32 位	单颗芯片单次输出 32 位数据（含三轴 + 状态位）
帧总长度	128 位	4 时隙 × 32 位
帧同步	高有效、1 位宽、帧起始对齐	通用 TDM 标准时序
采样率	8kHz	BCLK = 8kHz × 128 位 = 1.024MHz
传感器配置	SPI 接口 + 独立 CS 引脚	预先给每颗芯片配置时隙号

完整可运行代码示例

1. 全局定义与变量（可添加到 `main.c` 顶部）

cpp 复制代码

#include "main.h"
#include "sai.h"
#include "dma.h"
#include "spi.h"
#include "gpio.h"

/************************ 硬件引脚定义（根据实际电路板修改）************************/
#define ACC1_CS_Pin      GPIO_PIN_0
#define ACC1_CS_GPIO_Port GPIOA
#define ACC2_CS_Pin      GPIO_PIN_1
#define ACC2_CS_GPIO_Port GPIOA
#define ACC3_CS_Pin      GPIO_PIN_2
#define ACC3_CS_GPIO_Port GPIOA
#define ACC4_CS_Pin      GPIO_PIN_3
#define ACC4_CS_GPIO_Port GPIOA

/************************ 数据结构与全局变量 ************************/
// TDM乒乓接收缓冲区：2帧缓冲（避免数据覆盖），每帧4个时隙（对应4颗芯片）
uint32_t tdm_rx_buf[2][4];
volatile uint8_t  tdm_data_ready = 0;  // 数据就绪标志
volatile uint8_t  tdm_buf_idx = 0;     // 当前就绪的缓冲区索引

// 加速度计数据结构体
typedef struct {
    int16_t x;    // X轴原始值
    int16_t y;    // Y轴原始值
    int16_t z;    // Z轴原始值
    // 可扩展：温度、状态位等
} AccData_t;
AccData_t acc_result[4];  // 4颗芯片的解析结果

2. SAI 初始化函数（CubeMX 生成，对应 TDM 配置）

以下代码与 CubeMX 配置完全对应，无需手动修改，仅作参数对照：

cpp 复制代码

SAI_HandleTypeDef hsai_BlockA1;
DMA_HandleTypeDef hdma_sai1_a;

void MX_SAI1_Init(void)
{
  hsai_BlockA1.Instance = SAI1_Block_A;
  hsai_BlockA1.Init.Protocol = SAI_FREE_PROTOCOL;      // 自由协议（实现TDM）
  hsai_BlockA1.Init.AudioMode = SAI_MODEMASTER_RX;     // 主机接收模式
  hsai_BlockA1.Init.DataSize = SAI_DATASIZE_32;        // 单数据单元32位
  hsai_BlockA1.Init.FirstBit = SAI_FIRSTBIT_MSB;       // 高位先行
  hsai_BlockA1.Init.ClockStrobing = SAI_CLOCKSTROBING_RISINGEDGE; // 上升沿采样
  hsai_BlockA1.Init.Synchro = SAI_ASYNCHRONOUS;        // 异步模式
  hsai_BlockA1.Init.OutputDrive = SAI_OUTPUTDRIVE_DISABLE;
  hsai_BlockA1.Init.NoDivider = SAI_MASTERDIVIDER_ENABLE;
  hsai_BlockA1.Init.FIFOThreshold = SAI_FIFOTHRESHOLD_EMPTY;
  hsai_BlockA1.Init.AudioFrequency = SAI_AUDIO_FREQUENCY_MCKDIV;
  hsai_BlockA1.Init.Mckdiv = 24;                       // 时钟分频，按BCLK计算
  hsai_BlockA1.Init.MonoStereoMode = SAI_STEREOMODE;
  hsai_BlockA1.Init.CompandingMode = SAI_NOCOMPANDING;
  hsai_BlockA1.Init.TriState = SAI_OUTPUT_NOTRELEASED;

  // 帧结构配置
  hsai_BlockA1.FrameInit.FrameLength = 128;            // 每帧总位数：4*32=128
  hsai_BlockA1.FrameInit.ActiveFrameLength = 1;        // 帧同步脉冲宽度：1位
  hsai_BlockA1.FrameInit.FSDefinition = SAI_FS_STARTFRAME; // FS表示帧开始
  hsai_BlockA1.FrameInit.FSPolarity = SAI_FS_ACTIVE_HIGH;  // FS高有效
  hsai_BlockA1.FrameInit.FSOffset = SAI_FS_FIRSTBIT;   // FS与第一个数据位对齐

  // 时隙配置（区分不同芯片的核心）
  hsai_BlockA1.SlotInit.FirstBitOffset = 0;
  hsai_BlockA1.SlotInit.SlotSize = SAI_SLOTSIZE_32B;   // 单个时隙32位
  hsai_BlockA1.SlotInit.SlotNumber = 4;                // 总时隙数：4
  hsai_BlockA1.SlotInit.SlotActive = 0x000F;           // 激活时隙0~3

  if (HAL_SAI_Init(&hsai_BlockA1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

// DMA初始化（CubeMX生成）
void MX_DMA_Init(void)
{
  __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();

  hdma_sai1_a.Instance = DMA1_Channel2;
  hdma_sai1_a.Init.Request = DMA_REQUEST_SAI1_A;
  hdma_sai1_a.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
  hdma_sai1_a.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
  hdma_sai1_a.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
  hdma_sai1_a.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
  hdma_sai1_a.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
  hdma_sai1_a.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;                // 循环模式
  hdma_sai1_a.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;

  if (HAL_DMA_Init(&hdma_sai1_a) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  __HAL_LINKDMA(&hsai_BlockA1, hdmarx, hdma_sai1_a);
}

3. 加速度计 TDM 配置（SPI 写寄存器）

绝大多数带 TDM 接口的加速度计，都需要先通过 SPI/I2C 配置时隙号和工作模式，再进入 TDM 传输状态。以下为通用示例：

cpp 复制代码

/**
 * @brief  SPI写单个寄存器（通用函数）
 * @param  cs_port: CS引脚端口
 * @param  cs_pin:  CS引脚编号
 * @param  reg:     寄存器地址
 * @param  data:    要写入的值
 */
void ACC_WriteReg(GPIO_TypeDef* cs_port, uint16_t cs_pin, uint8_t reg, uint8_t data)
{
    HAL_GPIO_WritePin(cs_port, cs_pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &reg, 1, 100);
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &data, 1, 100);
    HAL_GPIO_WritePin(cs_port, cs_pin, GPIO_PIN_SET);
}

/**
 * @brief  配置单颗加速度计的TDM时隙
 * @note   寄存器定义为示例，请严格按照加速度计数据手册修改
 *         假设：0x20寄存器为TDM控制寄存器
 *               bit[3:0] = 时隙编号
 *               bit[7]   = TDM模式使能
 */
void ACC_SetTDMSlot(GPIO_TypeDef* cs_port, uint16_t cs_pin, uint8_t slot)
{
    uint8_t reg_val = (slot & 0x0F) | (1 << 7);
    ACC_WriteReg(cs_port, cs_pin, 0x20, reg_val);
}

/**
 * @brief  初始化全部4颗加速度计
 */
void ACC_AllInit(void)
{
    // 所有CS引脚初始拉高
    HAL_GPIO_WritePin(ACC1_CS_GPIO_Port, ACC1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(ACC2_CS_GPIO_Port, ACC2_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(ACC3_CS_GPIO_Port, ACC3_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(ACC4_CS_GPIO_Port, ACC4_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(20); // 等待传感器上电稳定

    // 给4颗芯片分别分配时隙0~3（必须不重复）
    ACC_SetTDMSlot(ACC1_CS_GPIO_Port, ACC1_CS_Pin, 0);
    ACC_SetTDMSlot(ACC2_CS_GPIO_Port, ACC2_CS_Pin, 1);
    ACC_SetTDMSlot(ACC3_CS_GPIO_Port, ACC3_CS_Pin, 2);
    ACC_SetTDMSlot(ACC4_CS_GPIO_Port, ACC4_CS_Pin, 3);

    // 可补充：配置采样率、量程、带宽等参数
    // ACC_WriteReg(ACC1_CS_GPIO_Port, ACC1_CS_Pin, 0x21, 0x03);

    HAL_Delay(10); // 等待配置生效
}

4. TDM 数据接收回调与解析

使用乒乓缓冲机制：DMA 写前半帧时处理后半帧数据，写后半帧时处理前半帧数据，保证连续采集不丢数。

cpp 复制代码

/**
 * @brief  SAI DMA半传输完成回调
 * @note   前半帧（第1帧4个时隙）数据就绪
 */
void HAL_SAI_RxHalfCpltCallback(SAI_HandleTypeDef *hsai)
{
    if (hsai->Instance == SAI1_Block_A)
    {
        tdm_buf_idx = 0;
        tdm_data_ready = 1;
    }
}

/**
 * @brief  SAI DMA全传输完成回调
 * @note   后半帧（第2帧4个时隙）数据就绪
 */
void HAL_SAI_RxCpltCallback(SAI_HandleTypeDef *hsai)
{
    if (hsai->Instance == SAI1_Block_A)
    {
        tdm_buf_idx = 1;
        tdm_data_ready = 1;
    }
}

/**
 * @brief  解析单时隙32位原始数据为三轴加速度
 * @note   解析规则为示例，请按芯片手册的TDM输出格式修改
 *         假设格式：32位 = X轴16位（高） + Y轴8位 + Z轴8位（低）
 */
void ACC_ParseRaw(uint32_t raw, AccData_t* out)
{
    out->x = (int16_t)((raw >> 16) & 0xFFFF);          // 高16位：X轴
    out->y = (int16_t)((int8_t)((raw >> 8) & 0xFF));   // 中间8位：Y轴（符号扩展）
    out->z = (int16_t)((int8_t)(raw & 0xFF));          // 低8位：Z轴（符号扩展）

    // 如需转为物理量(g)，乘以对应灵敏度系数即可
    // 例：±2g量程、16位分辨率 → 灵敏度 = 2 / 32768 ≈ 0.000061 g/LSB
    // float x_g = out->x * 0.000061f;
}

5. 主函数调用流程

cpp 复制代码

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_DMA_Init();
    MX_SAI1_Init();
    MX_SPI1_Init();

    /************************ 关键步骤 ************************/
    // 1. 先配置所有加速度计的TDM参数（必须先配置传感器，再启动SAI）
    ACC_AllInit();

    // 2. 启动SAI DMA循环接收
    // 长度=8个Word（32位），对应2帧×4时隙
    HAL_SAI_Receive_DMA(&hsai_BlockA1, (uint8_t*)tdm_rx_buf, 4 * 2);

    while (1)
    {
        if (tdm_data_ready)
        {
            tdm_data_ready = 0;

            // 按时隙顺序解析4颗芯片的数据
            for (uint8_t i = 0; i < 4; i++)
            {
                uint32_t raw_data = tdm_rx_buf[tdm_buf_idx][i];
                ACC_ParseRaw(raw_data, &acc_result[i]);
            }

            /***** 数据处理区 *****/
            // acc_result[0] → 第1颗加速度计（时隙0）
            // acc_result[1] → 第2颗加速度计（时隙1）
            // acc_result[2] → 第3颗加速度计（时隙2）
            // acc_result[3] → 第4颗加速度计（时隙3）
            // 可在此添加数据上传、存储、算法处理等逻辑
        }
    }
}

关键注意事项与调坑指南

1. 时钟配置是核心

BCLK 计算公式 ：位时钟频率 = 采样率 × 时隙数 × 单时隙位宽
必须使用 PLLSAI1 作为 SAI 时钟源，推荐外部 HSE 晶振输入，保证时钟精度；
CubeMX 中 Mckdiv 分频值需精确计算：BCLK = SAI内核时钟 / (2 × Mckdiv)，若时钟偏差过大，数据会逐步错位。

2. 时序必须与传感器完全匹配

以下 4 个参数必须和加速度计手册完全一致，错一个就全乱：

帧同步极性（高有效 / 低有效）
位时钟采样边沿（上升沿 / 下降沿）
帧同步偏移（FS 与第一个数据位的对齐关系）
单时隙位宽、时隙总数量

3. 防止总线冲突

同一总线上时隙号绝对不能重复，否则两颗芯片同时驱动数据线，数据全部损坏；
确认传感器在非自身时隙时输出高阻态，建议数据线增加 10kΩ 上拉电阻；
必须先配置完所有传感器，再启动 MCU 的 SAI 接收，避免初始帧错位。

4. 菊花链模式的差异

如果你的加速度计是菊花链式 TDM：

软件配置完全相同，无需单独配置时隙号；
数据顺序与芯片物理级联顺序严格对应（第一颗→时隙 0，第二颗→时隙 1...）；
无需独立 CS 引脚，硬件接线更简单，同步精度更高。

基于 STM32L476 + SAI1 Block A + DMA 循环乒乓缓冲 实现 4 路加速度计 TDM 采集

完整可运行代码示例

1. 全局定义与变量（可添加到 main.c 顶部）

2. SAI 初始化函数（CubeMX 生成，对应 TDM 配置）

3. 加速度计 TDM 配置（SPI 写寄存器）

4. TDM 数据接收回调与解析

5. 主函数调用流程

关键注意事项与调坑指南

1. 时钟配置是核心

2. 时序必须与传感器完全匹配

3. 防止总线冲突

4. 菊花链模式的差异

基于 STM32L476 + SAI1 Block A + DMA 循环乒乓缓冲实现 4 路加速度计 TDM 采集

1. 全局定义与变量（可添加到 `main.c` 顶部）