STM32 ADC結合DMA數據采樣與軟件濾波處理
加入技術交流群
ADC接口上的其它邏輯功能包括：
●同步的采樣和保持
●交叉的采樣和保持
●單次采樣
模擬看門狗功能允許非常精準地監視一路、多路或所有選中的通道，當被監視的信號超出預置的閥值時，將產生中斷。
由標準定時器(TIMx)和高級控制定時器(TIM1和TIM8)產生的事件，可以分別內部級聯到ADC的開始觸發和注入觸發，應用程序能使AD轉換與時鐘同步。
12位ADC是一種逐次逼近型模擬數字數字轉換器。它有多達18個通道，可測量16個外部和2個內部信號源。
ADC的輸入時鐘不得超過14MHZ，它是由PCLK2經分頻產生。
如果被ADC轉換的模擬電壓低于低閥值或高于高閥值，AWD模擬看門狗狀態位被設置。
關于ADC采樣與DMA關系，引用網上一段解釋：
STM32 的優點在哪里？
除去宣傳環節，細細分析。
STM32 時鐘不算快，72MHZ，
也不能擴展大容量的RAM FLASH，
同樣沒有 DSP 那樣強大的指令集。
它的優勢在哪里呢？
---就在快速采集數據，快速處理上。
ARM 的特點就是方便。
這個快速采集，高性能的ADC 就是一個很好的體現，
12 位精度，最快1uS 的轉換速度，通常具備2 個以上獨立的ADC 控制器，
這意味著，
STM32 可以同時對多個模擬量進行快速采集，
這個特性不是一般的MCU具有的。
以上高性能的 ADC，配合相對比較塊的指令集和一些特色的算法支持，
就構成了STM32 在電機控制上的強大特性。
好了，正題，怎末做一個簡單的ADC，注意是簡單的，
ADC 是個復雜的問題，涉及硬件設計，電源質量，參考電壓，信號預處理等等問題。
我們只就如何在MCU內完成一次ADC 作討論。
談到 ADC，我們還要第一次引入另外一個重要的設備DMA.
DMA是什么東西呢。
通常在 8 位單片機時代，很少有這個概念。
在外置資源越來越多以后，
我們把一個MCU內部分為主處理器和 外設兩個部分。
主處理器當然是執行我們指令的主要部分，
外設則是串口 I2C ADC 等等用來實現特定功能的設備
回憶一下，8 位時代，我們的主處理器最常干的事情是什么？
邏輯判斷？不是。那才幾個指令
計算算法？不是。大部分時候算法都很簡單。
事實上，主處理器就是作個搬運工，
把 USART 的數據接收下來，存起來
把 ADC 的數據接收下來，存起來
把要發送的數據，存起來，一個個的往USART 里放。
…………
為了解決這個矛盾，
人們想到一個辦法，讓外設和內存間建立一個通道，
在主處理器允許下，
讓外設和內存直接讀寫，這樣就釋放了主處理器，
這個東西就是DMA。
打個比方：
一個MCU是個公司。
老板就是主處理器
員工是外設
倉庫就是內存
從前 倉庫的東西都是老板管的。
員工需要原料工作，就一個個報給老板，老板去倉庫里一個一個拿。
員工作好的東西，一個個給老板，老板一個個放進倉庫里。
老板很累，雖然老板是超人，也受不了越來越多的員工和單子。
最后老板雇了一個倉庫保管員，它就是DMA
他專門負責入庫和出庫，
只需要把出庫和入庫計劃給老板過目
老板說 OK，就不管了。
后面的入庫和出庫過程，
員工只需要和這個倉庫保管員打交道就可以了。
--------閑話，馬七時常想，讓設備與設備之間開DMA，豈不更牛X
比喻完成。
ADC 是個高速設備，前面提到。
而且 ADC 采集到的數據是不能直接用的。即使你再小心的設計外圍電路，測的離譜的數據總會出現。
那么通常來說，是采集一批數據，然后進行處理，這個過程就是軟件濾波。
DMA用到這里就很合適。讓ADC 高速采集，把數據填充到RAM 中，填充一定數量，比如32 個，64 個MCU再來使用。
-----多一句，也可以說，單次ADC 毫無意義。
下面我們來具體介紹，如何使用DMA來進行ADC 操作。
初始化函數包括兩部分，DMA 初始化和ADC 初始化
我們有多個管理員--DMA
一個管理員當然不止管一個DMA 操作。所以DMA有多個Channel
以下是程序分析：
程序基于STM32F103VET6，庫函數實現
RCC部分：（忽略系統時鐘配置）
//啟動DMA時鐘
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
//啟動ADC1時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
GPIO部分：(ADC引腳參見上表)
//ADC_CH10--> PC0
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模擬輸入
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
// PC2
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
ADC1配置：（兩外部輸入，另采樣內部溫度傳感器）
void ADC1_Configuration(void)
{
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //轉換模式為獨立，還有交叉等非常多樣的選擇
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//連續轉換開啟
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3; //設置轉換序列長度為3，三通道
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
//ADC內置溫度傳感器使能（要使用片內溫度傳感器，切忌要開啟它）
ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);
//常規轉換序列1：通道10
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
//常規轉換序列2：通道16（內部溫度傳感器），采樣時間>2.2us,(239cycles)
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 2, ADC_SampleTime_239Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 3, ADC_SampleTime_239Cycles5);
//輸入參數：ADC外設，ADC通道，轉換序列順序，采樣時間
// Enable ADC1
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
// 開啟ADC的DMA支持（要實現DMA功能，還需獨立配置DMA通道等參數）
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
// 下面是ADC自動校準，開機后需執行一次，保證精度
// Enable ADC1 reset calibaration register
ADC_ResetCalibration(ADC1);
// Check 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自動校準結束---------------
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //ADC啟動
}
DMA配置：（無軟件濾波）
void DMA_Configuration(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; //DMA外設地址，在頭部定義
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&AD_Value; //內存地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //外設至內存模式
//BufferSize=2，因為ADC轉換序列有2個通道
//如此設置，使序列1結果放在AD_Value[0]，序列2結果放在AD_Value[1]
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 3; //一次轉換三個
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //接受一次后，設備地址不后移
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //接受一次后，內存地址后移
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; //每次傳輸半字
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
//循環模式開啟，Buffer寫滿后，自動回到初始地址開始傳輸
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_InitStructure);
//配置完成后，啟動DMA通道
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
}
此DMA例程用于單次ADC轉換，配合軟件濾波可做如下改動：
全局聲明：
vu16 AD_Value[30][3]; //AD采樣值
vu16 After_filter[3]; //AD濾波后
DMA部分：(帶中斷濾波)
void DMA_Configuration(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&AD_Value;
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
//BufferSize=2，因為ADC轉換序列有2個通道
//如此設置，使序列1結果放在AD_Value[0]，序列2結果放在AD_Value[1]
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 90;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
//循環模式開啟，Buffer寫滿后，自動回到初始地址開始傳輸
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_InitStructure);
//配置完成后，啟動DMA通道
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE); //使能DMA傳輸完成中斷
}
NVIC部分：
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.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)
{
filter();
DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1);
}
}
濾波部分：（均值濾波）
#define N 30
void filter(void)
{
intsum = 0;
u8 count,i;
for(i=0;i<2;i++)
{
for ( count=0;count
sum += AD_Value[count][i];
}
After_filter[i]=sum/N;
sum=0;
}
}
采樣數據與實際電壓/溫度轉換：
u16 GetTemp(u16 advalue)
{
u32 Vtemp_sensor;
s32 Current_Temp;
// ADC轉換結束以后，讀取ADC_DR寄存器中的結果，轉換溫度值計算公式如下：
// V25 - VSENSE
//T(℃) = ------------+ 25
// Avg_Slope
// V25：溫度傳感器在25℃時 的輸出電壓，典型值1.43 V。
//VSENSE：溫度傳感器的當前輸出電壓，與ADC_DR 寄存器中的結果ADC_ConvertedValue之間的轉換關系為：
// ADC_ConvertedValue * Vdd
//VSENSE = --------------------------
// Vdd_convert_value(0xFFF)
//Avg_Slope：溫度傳感器輸出電壓和溫度的關聯參數，典型值4.3 mV/℃。
Vtemp_sensor = advalue * 330 / 4096;
Current_Temp = (s32)(143 - Vtemp_sensor)*10000/43 + 2500;
return (s16)Current_Temp;
}
u16 GetVolt(u16 advalue)
{
return (u16)(advalue * 330 / 4096);
}
濾波部分思路為：ADC正常連續采樣三個通道，由DMA進行搬運，一次搬運90個數據，即為1-2-3-1-2-3循環，每個通道各30次，存在 AD_Value[30][3]中，30為每通道30個數據，3為三個通道，根據二維數組存儲方式此過程自動完成。而每當一次DMA過程結束后，觸發 DMA完成中斷，進入濾波函數將30個數據均值成一個， 存入After_filter[3]。整個過程濾波計算需要CPU參與，而在程序中采樣結果值隨時均為最新，盡力解決程序復雜性和CPU負載。 x=GetVolt(After_filter[0]);即可得到即時電壓值。
評論