STM32F103：使用DMA和ADC读取游戏摇杆模块

STM32F103：使用DMA和ADC读取游戏摇杆模块

游戏摇杆模块简介

游戏摇杆模块可以通过网购轻松获得，价格大约在1到2元人民币。模块上有5个引脚，从上到下依次为GND、+5V、URX、URY和SW。虽然模块上标注的是5V，但实测表明，STM32F103C8T6的3.3V供电也能正常使用。URX和URY分别输出X轴和Y轴的信号量，SW则连接到摇杆侧面的按钮，当摇杆被按下时，按钮会被触发。

技术方案

摇杆模块的三个信号量（XYZ三轴）需要不同的处理方式。XY轴的信号可以通过ADC进行数值获取，而Z轴作为一个按键信号，适合使用GPIO口的外部中断来检测。考虑到XY轴有两个通道，可以配置ADC与DMA联动，配合ADC的循环转换和扫描转换功能，实现自动数据采集。

DMA技术详解

DMA（Direct Memory Access）即直接存储器访问，能够在不依赖CPU的情况下，快速完成数据搬运任务。STM32F103C8T6属于中容量产品，只包含一个DMA控制器（DMA1），共有7个通道。每个通道对应不同的外设，需要根据具体应用查询映射关系。

使用DMA主要分为三步：

1. 打开时钟
2. 配置初始化
3. 上电使能

DMA配置函数

• RCC_AHBPeriphClockCmd：用于打开DMA时钟
• DMA_Init：配置DMA通道参数
• DMA_BufferSize：设置DMA缓存大小
• DMA_DIR：设置数据传输方向
• DMA_M2M：设置是否为存储器到存储器的传输
• DMA_MemoryBaseAddr：设置存储器基地址
• DMA_MemoryDataSize：设置存储器数据大小
• DMA_PeripheralInc：设置外设地址是否自增
• DMA_Priority：设置优先级
• DMA_MemoryInc：设置存储器地址是否自增
• DMA_Mode：设置DMA传输模式
• DMA_PeripheralBaseAddr：设置外设基地址
• DMA_PeripheralDataSize：设置外设数据大小
• DMA_Cmd：使能DMA通道

实验现象

• 静止状态：
  
• 向左扳动时：
• 按下状态时：

代码实现

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
uint16_t xy[2];

void interruptInit(void){
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    GPIO_InitTypeDef gitd;
    gitd.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
    gitd.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
    gitd.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&gitd);
    
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource6);
    
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    NVIC_InitTypeDef nitd;
    nitd.NVIC_IRQChannel=EXTI9_5_IRQn;
    nitd.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    nitd.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
    nitd.NVIC_IRQChannelSubPriority=2;
    NVIC_Init(&nitd);
    
    EXTI_InitTypeDef eitd;
    eitd.EXTI_Line=EXTI_Line6;
    eitd.EXTI_LineCmd=ENABLE;
    eitd.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
    eitd.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;
    EXTI_Init(&eitd);
}

int main(void){
    OLED_Init();
    interruptInit();
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
    
    GPIO_InitTypeDef gitd;
    gitd.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;
    gitd.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;
    gitd.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&gitd);
    
    ADC_InitTypeDef itd;
    itd.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;
    itd.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;
    itd.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;
    itd.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;
    itd.ADC_NbrOfChannel=2;
    itd.ADC_ScanConvMode=ENABLE;
    ADC_Init(ADC1,&itd);
    
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1,2,ADC_SampleTime_55Cycles5);
    
    DMA_InitTypeDef ditd;
    ditd.DMA_BufferSize=2;
    ditd.DMA_DIR=DMA_DIR_PeripheralSRC;
    ditd.DMA_M2M=DMA_M2M_Disable;
    ditd.DMA_MemoryBaseAddr=(uint32_t)&xy;
    ditd.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
    ditd.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Enable;
    ditd.DMA_Mode=DMA_Mode_Circular;
    ditd.DMA_PeripheralBaseAddr=(uint32_t)&ADC1->DR;
    ditd.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
    ditd.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable;
    ditd.DMA_Priority=DMA_Priority_Medium;
    DMA_Init(DMA1_Channel1,&ditd);
    DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);
    
    ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE);
    ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
    
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(SET==ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(SET==ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
    
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
    OLED_ShowString(1,1,"X:");
    OLED_ShowString(2,1,"Y:");
    while(1){
        int x=0,y=0;
        for(uint8_t i=0;i<10;++i) x+=xy[0];
        for(uint8_t i=0;i<10;++i) y+=xy[1];
        x/=10;y/=10;
        
        OLED_ShowNum(1,3,x,5);
        OLED_ShowNum(2,3,y,5);
    }
}

void EXTI9_5_IRQHandler(void){
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line6)){
        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6)==0){
            OLED_ShowString(3,1,"Z DOWN");
            Delay_ms(20);
            while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6)==0);
            Delay_ms(20);
            OLED_ShowString(3,1,"        ");
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line6);
    }
}

参考资料

• 《STM32F10xxx参考手册（中文）》
• 《ARM Cortex-M3 嵌入式原理及应用 基于STM32F103微控制器》
• 《STM32F103xx固件函数库用户手册》