STM32CubeMX+HAL TIM触发单通道ADC电压采样+DMA传输

STM32CubeMX+HAL TIM触发单通道ADC电压采样+DMA传输

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/lxy_11132/article/details/138413844

本文介绍如何使用STM32CubeMX配置STM32F407ZGT6单片机进行ADC电压采样，包括时钟树、定时器、ADC和DMA的配置，以及如何通过中断和DMA实现定时采样和数据传输。

工程架构总体思路

配置时钟树，使得APB1总线频率为42MHz，通过一个输入为APB1的倍频器传给定时器TIM3的时钟频率为84MHz。设置TIM分频系数Prescaler=84-1，自动重装载值ARR=1000-1，使能TIM3中断，使得TIM3发生溢出中断TIM Period Elapsed Interruption的频率为1kHz，即每1ms触发一次定时器溢出中断。

如上图蓝色箭头，该中断信号通过APB1总线传给MPU，MPU保存并暂停当前main函数任务，跳转执行该中断类型对应的中断服务程序，此处将会进入<stm32f4xx_it.c>中的TIM3_IRQHandler()函数，进而进入HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(&htim3)函数，这是一个弱定义函数。

如上图绿色箭头，重定义HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(&htim3)函数，当TIM3溢出中断事件发生时，启动DMA模式ADC，即执行HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1)函数，然后由ADC进行4次连续电压采样。

注意，这里ADC的几个关键参数配置及其原因如下：

1. Scan Conversion Mode：DISABLE，因为这里只进行是单通道ADC转换；
2. External Trigger Conversion Source：By Software，也就是需要在程序中自己去启动DMA模式ADC工作，例如此工程中在TIM3发生溢出中断时，通过重定义TIM3_PeriodElapsedCallBack()函数，从软件层面启动ADC工作；当然也可以选择Timer3 Capture Compare Channel1、Trigger Detection on the Rising Edge，这样在捕获到TIM3 Channel1 PWM 上升沿时，启动DMA模式ADC，程序设计思路大同小异。
3. Continous Conversion Mode：ENABLE。
4. DMA Continous Request：DISABLE。
5. DMA mode：Normal模式，不选择Circular模式。

其实我也没太搞懂这三个参数具体含义的差别，在另一篇相似的文章中定时器(PWM输出)触发ADC采样(DMA)——STM32CubeMX，作者第3、5个参数和我的恰好相反，但结果是我们的程序最终都能正常运行。我的大概理解如下：

DMA模式下单通道ADC连续转换模式，配合DMA正常模式，是什么意思？就是在DMA模式下ADC被触发后，执行一轮采样、ADC转换、ADC转换完成事件去触发DMA非循环模式传输，也就是这一次传输完成后传输任务完成，该事件又触发ADC在DMA模式下开始新的一轮同样的工作，直到DMA传输的数据量达到在HAL_ADC_Start_DMA()中设定的传输长度，此处为4，ADC转换任务结束，进入ADC_IRQHandler()中断服务函数；

查阅了书籍《Mastering STM32 - 2nd Edition (Carmine Noviello) 》对这一部分的配置讲解，其对DMA、ADC初始化配置与我的方案一致：

关于DMA模式ADC工作方式的官方介绍：STM32 官方技术文档：Getting started with ADC

4次 “采样随后ADC转换，随后DMA将结果数据从ADC外设寄存器传输到SRAM” 的任务全部完成后，进入ADC_IRQHandler()中断服务函数，进而进入HAL_ADC_ConvCpltCallback(&hadc1)函数，在中断服务函数中：关闭ADC、TIM，，进行数据处理，并将处理结果通过串口发送到上位机。

把上述工程设计转化为实际工程

STM32CubeMX的配置：

（1）RCC配置

（2）时钟树配置

（3）ADC配置

（4）TIM定时器与PWM通道配置

此处的配置选择：

（5）USART串口配置

（6）配置工程，然后Generate Code

Keil MDK用户层Application/User/Core代码：

main.c：

启用中断模式TIM3、启动TIM3 Channel1 PWM输出

/* <main.c> */
/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t ADC_Values[4] = {0};
/* USER CODE END PV */
int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_TIM3_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
    
    /* 启用中断模式 TIM3 */
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
    
    /* TIM3 Channel1 开始输出 PWM */
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
    
    /**
        HAL_ADC_Start_DMA()函数的封装太高层次了、太抽象了，其具体功能只能概括为：使能 DMA + 启用 DMA 模式下的 ADC;
        注意"启用"不等于"采样", 具体可查看 ADC 工作原理;
        提示：此时已配置 ADC 为 软件触发 ADC 采样.
    */
    printf("**********By xy Liao**********  \r\n");
  /* USER CODE END 2 */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}  

stm32f4xx_it.c：

完成中断回调函数重定义

/* <stm32f4xx_it.c> */
/* USER CODE BEGIN PV */
extern uint16_t ADC_Values[4];
/* USER CODE END PV */
/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim)
{
    /**
        总数据长度为 16bit * 4, 配置的 DMA 传输数据宽度为 HALF_WORD(32 * 0.5 bit);
        故HAL_ADC_Start_DMA 第三个参数————DMA传输长度设置为 4.
    */
    if(htim == &htim3)
    {
        HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)ADC_Values, 4);
    }
}
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    if(hadc == &hadc1)
    {
        HAL_ADC_Stop_DMA(&hadc1);
        HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim3);
        float temp = (ADC_Values[0]+ADC_Values[1]+ADC_Values[2]+ADC_Values[3])/4;
        
        printf("ADC Average Result: %.4f  \r\n", temp);
        printf("Actual Voltage: %.4f  \r\n", temp * 3.3 / 4096.0);
        HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
    }
}
/* USER CODE END 1 */  

stm32f4xx_hal_msp.c：

完成串口重定向

/* <stm32f4xx_hal_msp.c> */
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */
/* USER CODE BEGIN PV */
extern UART_HandleTypeDef huart1;
/* USER CODE END PV */
/* USER CODE BEGIN 1 */
/**
  * @brief: 重定向c库函数printf到DEBUG_USARTx
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}
 
/**
  * @brief: 重定向c库函数getchar,scanf到DEBUG_USARTx
  */
int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}
/* USER CODE END 1 */  

运行效果：

一个BUG：由于115200波特率的printf函数调用的时间量级为0.1-1ms量级，因此在TIM3控制1ms采样周期的条件下，会出现串口调试平台接收一段时间的数据后，发生"串口调试平台 停止响应"，因此建议是不要在中断回调函数中使用任何printf、Delay函数，这样非常消耗MCU资源。

参考了以下文章：

STM32CubeMX | HAL库的ADC多通道数据采集（轮训、DMA、DMA+TIM)、读取内部传感器温度

一个严谨的STM32串口DMA发送&接收机制（1.5Mbps波特率）

目前对bug尝试的修复方案：将在中断回调函数中的操作转移到main函数while循环中，将使用printf函数的地方转为sprintf+串口DMA发送，并在发送完成后执行HAL_Delay(50)。或许双缓冲DMA可以实现不用延迟也能使串口调试平台不卡死的效果？等我晚些学习一下双缓冲DMA之后再来这里更新一下它的修复效果。

/* stm32f4xx_it.c */
extern int ADC_ConvEnd;
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    if(hadc == &hadc1)
        ADC_ConvEnd = 1;
}
/* main.c */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
int ADC_ConvEnd = 0;
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
    char buffer[80];
    uint8_t j = 0;
  /* USER CODE END 1 */
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_TIM3_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
    
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
  /* USER CODE END 2 */
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
        if(ADC_ConvEnd)
        {
            HAL_ADC_Stop_DMA(&hadc1);
            HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim3);
            float temp = (ADC_Values[0]+ADC_Values[1]+ADC_Values[2]+ADC_Values[3])/4;
            
            j = sprintf(buffer, "ADC Average Result: %.4f  \r\n", temp);
            j += sprintf(buffer + j, "Actual Voltage: %.4f  \r\n", temp * 3.3 / 4096.0);
            
            HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t*)buffer, j);
            HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
            ADC_ConvEnd = 0;
            HAL_Delay(50);
        }
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}  

修复效果：串口调试平台没有再出现卡死现象