1、STM32 ADC结合DMA数据采样与软件滤波处理 2012-03-17 23:53:05| 分类： STM32 | 标签：adc结合dma |字号大中小 订阅本文原创于观海听涛，原作者版权所有，转载请注明出处。作为一个偏向工控的芯片，ADC采样是一个十分重要的外设。STM32集成三个12位精度18通道的内部ADC，最高速度1微秒，结合DMA可以解放CPU进行更好的处理。ADC接口上的其它逻辑功能包括：同步的采样和保持交叉的采样和保持单次采样模拟看门狗功能允许非常精准地监视一路、多路或所有选中的通道，当被监视的信号超出预置的阀值时，将产生中断。由标准定时器(TIMx)和高级控制定时器(TIM1
2、和TIM8)产生的事件，可以分别内部级联到ADC的开始触发和注入触发，应用程序能使AD转换与时钟同步。12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字数字转换器。它有多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。ADC的输入时钟不得超过14MHZ，它是由PCLK2经分频产生。如果被ADC转换的模拟电压低于低阀值或高于高阀值，AWD模拟看门狗状态位被设置。关于ADC采样与DMA关系，引用网上一段解释：STM32 的优点在哪里？除去宣传环节，细细分析。STM32 时钟不算快，72MHZ，也不能扩展大容量的RAM FLASH，同样没有 DSP 那样强大的指令集。它的优势在哪里呢？-就在快速采集数据，快速处理
3、上。ARM 的特点就是方便。这个快速采集，高性能的ADC 就是一个很好的体现，12 位精度，最快1uS 的转换速度，通常具备2 个以上独立的ADC 控制器，这意味着，STM32 可以同时对多个模拟量进行快速采集，这个特性不是一般的MCU具有的。以上高性能的 ADC，配合相对比较块的指令集和一些特色的算法支持，就构成了STM32 在电机控制上的强大特性。好了，正题，怎末做一个简单的ADC，注意是简单的，ADC 是个复杂的问题，涉及硬件设计，电源质量，参考电压，信号预处理等等问题。我们只就如何在MCU内完成一次ADC 作讨论。谈到 ADC，我们还要第一次引入另外一个重要的设备DMA.DMA是什么东
4、西呢。通常在 8 位单片机时代，很少有这个概念。在外置资源越来越多以后，我们把一个MCU内部分为主处理器和 外设两个部分。主处理器当然是执行我们指令的主要部分，外设则是串口 I2C ADC 等等用来实现特定功能的设备回忆一下，8 位时代，我们的主处理器最常干的事情是什么？逻辑判断？不是。那才几个指令计算算法？不是。大部分时候算法都很简单。事实上，主处理器就是作个搬运工，把 USART 的数据接收下来，存起来把 ADC 的数据接收下来，存起来把要发送的数据，存起来，一个个的往USART 里放。为了解决这个矛盾，人们想到一个办法，让外设和内存间建立一个通道，在主处理器允许下，让外设和内存直接读写，
5、这样就释放了主处理器，这个东西就是DMA。打个比方：一个MCU是个公司。老板就是主处理器员工是外设仓库就是内存从前 仓库的东西都是老板管的。员工需要原料工作，就一个个报给老板，老板去仓库里一个一个拿。员工作好的东西，一个个给老板，老板一个个放进仓库里。老板很累，虽然老板是超人，也受不了越来越多的员工和单子。最后老板雇了一个仓库保管员，它就是DMA他专门负责入库和出库，只需要把出库和入库计划给老板过目老板说 OK，就不管了。后面的入库和出库过程，员工只需要和这个仓库保管员打交道就可以了。-闲话，马七时常想，让设备与设备之间开DMA，岂不更牛X比喻完成。ADC 是个高速设备，前面提到。而且 ADC
6、 采集到的数据是不能直接用的。即使你再小心的设计外围电路，测的离谱的数据总会出现。那么通常来说，是采集一批数据，然后进行处理，这个过程就是软件滤波。DMA用到这里就很合适。让ADC 高速采集，把数据填充到RAM 中，填充一定数量，比如32 个，64 个MCU再来使用。-多一句，也可以说，单次ADC 毫无意义。下面我们来具体介绍，如何使用DMA来进行ADC 操作。初始化函数包括两部分，DMA 初始化和ADC 初始化我们有多个管理员-DMA一个管理员当然不止管一个DMA 操作。所以DMA有多个Channel以下是程序分析：程序基于STM32F103VET6，库函数实现RCC部分：（忽略系统时钟配置
7、） /启动DMA时钟 RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); /启动ADC1时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); GPIO部分：(ADC引脚参见上表) /ADC_CH10- PC0 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;/模拟输入 GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); / PC2 GPI
8、O_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); ADC1配置：（两外部输入，另采样内部温度传感器）void ADC1_Configuration(void) ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; /转换模式为独立，还有交叉等非常多样的选择 ADC_InitStruc
9、ture.ADC_ScanConvMode = ENABLE; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; /连续转换开启 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3; /设置转换序列长度为3，三通道 ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct
10、ure); /ADC内置温度传感器使能（要使用片内温度传感器，切忌要开启它） ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); /常规转换序列1：通道10 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5); /常规转换序列2：通道16（内部温度传感器），采样时间2.2us,(239cycles) ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 2, ADC_SampleTime_239Cycles5); ADC_RegularC
11、hannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 3, ADC_SampleTime_239Cycles5); /输入参数：ADC外设，ADC通道，转换序列顺序，采样时间 / Enable ADC1 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); / 开启ADC的DMA支持（要实现DMA功能，还需独立配置DMA通道等参数） ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); / 下面是ADC自动校准，开机后需执行一次，保证精度 / Enable ADC1 reset calibaration register ADC_ResetCalibration(ADC1); / Chec
12、k the end of ADC1 reset calibration register while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1); / Start ADC1 calibaration ADC_StartCalibration(ADC1); / Check the end of ADC1 calibration while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1); / ADC自动校准结束- ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); /ADC启动 DMA配置：（无软件滤波）void DMA_Co
13、nfiguration(void) DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; DMA_DeInit(DMA1_Channel1); DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; /DMA外设地址，在头部定义 DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&AD_Value; /内存地址 DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; /外设至内存模式 /BufferSize=2，因为ADC转换序列有
14、2个通道 /如此设置，使序列1结果放在AD_Value0，序列2结果放在AD_Value1 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 3; /一次转换三个 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; /接受一次后，设备地址不后移 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; /接受一次后，内存地址后移 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralD
15、ataSize_HalfWord; /每次传输半字 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; /循环模式开启，Buffer写满后，自动回到初始地址开始传输 DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_I
16、nitStructure); /配置完成后，启动DMA通道 DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); 此DMA例程用于单次ADC转换，配合软件滤波可做如下改动：全局声明：vu16 AD_Value303; /AD采样值vu16 After_filter3; /AD滤波后DMA部分：(带中断滤波)void DMA_Configuration(void) DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; DMA_DeInit(DMA1_Channel1); DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR
17、_Address; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&AD_Value; DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; /BufferSize=2，因为ADC转换序列有2个通道 /如此设置，使序列1结果放在AD_Value0，序列2结果放在AD_Value1 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 90; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitSt
18、ructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; /循环模式开启，Buffer写满后，自动回到初始地址开始传输 DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; DMA_InitStructure.DMA_Priority
19、= DMA_Priority_High; DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure); /配置完成后，启动DMA通道 DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE); /使能DMA传输完成中断 NVIC部分： NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQChannel; NVIC_InitSt
20、ructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); / Enable the DMA Interrupt stm32f10x_it.c文件：void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC1) != RESET) f
21、ilter(); DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1);滤波部分：（均值滤波）#define N 30void filter(void) int sum = 0; u8 count,i; for(i=0;i2;i+) for ( count=0;countN;count+) sum += AD_Valuecounti; After_filteri=sum/N; sum=0; 采样数据与实际电压/温度转换：u16 GetTemp(u16 advalue) u32 Vtemp_sensor; s32 Current_Temp; / ADC转换结束以后，读取ADC_D
22、R寄存器中的结果，转换温度值计算公式如下： / V25 - VSENSE / T() = - + 25 / Avg_Slope / V25： 温度传感器在25时 的输出电压，典型值1.43 V。 / VSENSE：温度传感器的当前输出电压，与ADC_DR 寄存器中的结果ADC_ConvertedValue之间的转换关系为： / ADC_ConvertedValue * Vdd / VSENSE = - / Vdd_convert_value(0xFFF) / Avg_Slope：温度传感器输出电压和温度的关联参数，典型值4.3 mV/。 Vtemp_sensor = advalue * 330
23、 / 4096; Current_Temp = (s32)(143 - Vtemp_sensor)*10000/43 + 2500; return (s16)Current_Temp; u16 GetVolt(u16 advalue) return (u16)(advalue * 330 / 4096); 滤波部分思路为：ADC正常连续采样三个通道，由DMA进行搬运，一次搬运90个数据，即为1-2-3-1-2-3循环，每个通道各30次，存在 AD_Value303中，30为每通道30个数据，3为三个通道，根据二维数组存储方式此过程自动完成。而每当一次DMA过程结束后，触发 DMA完成中断，进入滤波函数将30个数据均值成一个， 存入After_filter3。整个过程滤波计算需要CPU参与，而在程序中采样结果值随时均为最新，尽力解决程序复杂性和CPU负载。 x=GetVolt(After_filter0);即可得到即时电压值。本文参考：STM32手册，ADC数据的软件滤波方法及其示例程序，下面来讲一下STM32的ADC应用均来源于互联网
