引言

ADC 的功能是將模擬信號采樣得到數(shù)字信號，而有些時候，我們需要使用到定時采樣，比如在計算一個采集的波形的頻率的時候，我們需要精確的知道采樣頻率，也就是 1 s 內(nèi)采集的點數(shù)，這個時候，就需要使用到定時采集。定時采樣有如下三種方法：

• 使用定時器中斷，每隔一段時間進行 ADC 轉(zhuǎn)換，但是這樣每次都必須讀 ADC 的數(shù)據(jù)寄存器，非常浪費時間。

• 把 ADC 設(shè)置成連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，同時對應(yīng)的 DMA 通道開啟循環(huán)模式，這樣 ADC 就一直在進行數(shù)據(jù)采集然后通過 DMA 把數(shù)據(jù)搬運至內(nèi)存。這樣進行處理的話，需要加一個定時中斷，用來讀取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。

• 使用 ADC 的定時器觸發(fā) ADC 轉(zhuǎn)換的功能，然后使用 DMA 進行數(shù)據(jù)的搬運。這樣就只要設(shè)置好定時器的觸發(fā)間隔，就能實現(xiàn) ADC 定時采樣轉(zhuǎn)換的功能，然后使能 DMA 轉(zhuǎn)換完成中斷，這樣每次轉(zhuǎn)換完就會產(chǎn)生中斷。

本文，筆者將采用第三種方法進行 AD 采集，使用 TIM 定時器觸發(fā) AD 采集，然后 DMA 搬運至內(nèi)存。

ADC 簡介

首先來看一下 ADC 的框圖：

在本文中，我們使用的是規(guī)則通道進行轉(zhuǎn)換，這里要指出的一點是規(guī)則通道和注入通道兩者的區(qū)別，以下是關(guān)于兩種通道的說明：

• 規(guī)則通道：我們平時使用的就是這個通道，就是規(guī)規(guī)矩矩的按照我們設(shè)定的轉(zhuǎn)換順序就行轉(zhuǎn)換的通道。

• 注入通道：注入通道可以理解為是插入，也就是插隊的意思，它是一種不安分的通道。它是一種在規(guī)則通道轉(zhuǎn)換的時候強行插入要進行轉(zhuǎn)換的一種，它的存在就像是程序中的中斷一樣，換個角度說，也就是注入通道只有在規(guī)則通道存在的情況下才會存在。

說了規(guī)則通道和注入通道的區(qū)別之后，我們來看我們在本文中所用到的規(guī)則通道的觸發(fā)方式。我們最為常用的一種就是軟件觸發(fā)，即配置到 ADC 之后，就會自動地進行轉(zhuǎn)換，然后去讀 ADC 的數(shù)據(jù)寄存器就可以得到 ad 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值。還有一種方法就是外部觸發(fā)，而外部觸發(fā)又包括定時器觸發(fā)和外部 IO 觸發(fā)，在本文中，我們使用的是定時器觸發(fā)，通過上述的 ADC 功能框圖，我們可以知道 ADC 的定時器觸發(fā)又有如下幾種類型：

• TIM1_CH1 :定時器 1 的通道 1 的 PWM 觸發(fā)

• TIM1_CH2 : 定時器 2 的通道 2 的 PWM 觸發(fā)

• TIM1_CH3: 定時器 1 的通道 3 的 PWM 觸發(fā)

• TIM2_CH2 : 定時器 2 的通道 2 的 PWM 觸發(fā)

• TIM3_TRGO: 定時器 3 觸發(fā)，TRGO屬于內(nèi)部觸發(fā),不需要配置對應(yīng)的輸出IO腳.相當于是TIM3的定時器內(nèi)部計數(shù)一樣,只是到了一定時間就觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換,而這個觸發(fā)的實現(xiàn),不依賴IO口的配置.

• TIM4_CH4 : 定時器 4 的通道 4 的 PWM 觸發(fā)

定時器配置

在進行了上述簡單的介紹之后，我們來具體到代碼的細節(jié)來看，本文采用的是 TIM4_CH4 進行外部觸發(fā) ADC 采樣。首先來看 TIM 的配置，代碼如下：

void ADC1_External_T4_CC4_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    TIM_TimeBaseInitTypeDef   TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef         TIM_OCInitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);

    /* Time Base configuration */
    TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure); 
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 72 - 1;          
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = sample_psc;       
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x00;    
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  
    TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);

    /* TIM1 channel1 configuration in PWM mode */
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; 
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;                
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 60; 
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;         
    TIM_OC4Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM4, ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
}

在這里需要注意的是 和 sample_psc 是個變量，而這個變量可以通過調(diào)用庫函數(shù) TIM_SetIC4Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC) 重新配置 TIM 所產(chǎn)生的 pwm 的頻率，詳細的原理不在這里進行贅述了，既然都能夠改變 TIM 產(chǎn)生的 PWM 的原理，那么也就能夠動態(tài)地改變 ADC 的采樣頻率，也就是決定 ADC 在 1 s 中能夠采樣多少個點，具體的原理在后續(xù)指出。還有一個需要注意的地方是 TIM_Cmd(TIM4,DISABLE)，這里配置的是禁止 TIM 定時器使能，因為還有 ADC 和 DMA 還沒有進行配置，因此，我們需要在 ADC 和 DMA 都配置好之后，再將 TIM4 進行使能。

DMA 配置

因為筆者所涉及到的 ADC 的具體應(yīng)用是這樣的，也就是通過定時器觸發(fā) ADC 采集，然后采集一定數(shù)量的點數(shù)之后，在這里筆者每個 ADC 的通道是采集了 256 個點，然后對這 256 個點進行處理，處理完畢之后，再以一定時間間隔再采集 256 個點，周而復始地進行采集和處理。并且，這里需要的是同時采集 2 個通道的數(shù)據(jù)，每個通道采集 256 個點，也就是說，我們一次性處理的是 256 * 2 = 512 個點的數(shù)據(jù)，采集完成之后，再通過 DMA 將數(shù)據(jù)其搬運至內(nèi)存，因此，也就有了如下所示的 DMA 配置：

static void ADC1_DMA1_Init(void)
{
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    /* DMA1 Channel1 Configuration ----------------------------------------------*/
    DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)ADC_ConvertedValue;
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_BUFF_LEN*2;
    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;
    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);

    DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE);

    /* Enable DMA1 channel1 */
    DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
}

代碼比較直觀，都是一些相關(guān)的配置，這里所要指出的一點是在第五行配置了中斷服務(wù)函數(shù) DMA1_Channel1_IRQn,具體的思路就是當采集的點數(shù)滿足設(shè)定的點數(shù)時，就進入中斷服務(wù)函數(shù)進行處理，在這里需要注意的是我們是從 ADC 外設(shè)將數(shù)據(jù)搬運至內(nèi)存，所以DMA外設(shè)的地址是 ADC1 數(shù)據(jù)寄存器的地址，可以使用宏定義的方式定義如下：

#define ADC1_DR_Address    ((uint32_t)0x4001244C)

也可以直接取地址的方式設(shè)置，設(shè)置方式如下所示：

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ( u32 ) ( & ( ADC_x->DR ) );

設(shè)置好外設(shè)的地址之后，我們就需要設(shè)置內(nèi)存的地址，在這里，因為我們要采集兩個通道的數(shù)據(jù)，并且每個通道要采集 256 個點的數(shù)據(jù)，所以在這里定義了一個如下所示的二維數(shù)組：

uint16_t ADC_ConvertedValue[ADC_BUFF_LEN][2] = {0};

上述中的 ADC_BUFF_LEN 就是一個通道要采集的點數(shù)，也就是 256 個，2所代表的就是有兩個通道。在這里需要稍微思考的一下是二維數(shù)組的定義方式，為什么定義成的是 256 行 2 列 的二維數(shù)組，而不是 2 行 256 列的二維數(shù)組，我們來看一下 256 行 2 列的數(shù)組的布局如下：

根據(jù)二維數(shù)組的大小也解釋了 DMA 的 Buffer_size 是 ADC_BUFF_LEN * 2 ,同時，由于在下面設(shè)置了 內(nèi)存地址是遞增的，而又有兩個通道，那么他的轉(zhuǎn)換順序是這樣的，也就是先轉(zhuǎn)換通道 1 的值存入數(shù)組，然后再轉(zhuǎn)換通道 2 的數(shù)據(jù)存入數(shù)組，然后，以一定時間間隔地轉(zhuǎn)換 512 次，然后發(fā)生 DMA 中斷，這樣也就能夠說明數(shù)組為什么是定義成 256 行 2 列了。

ADC 配置

在配置了定時器和 DMA 之后，我們接下來來進行 ADC 的配置，上文中，我們配置的是使用 TIM4 的 4 通道產(chǎn)生 PWM 來觸發(fā) ADC 進行采集，然后設(shè)置了 DMA 來進行數(shù)據(jù)的搬運，因此， ADC 模塊的配置如下所示：

void ADC_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    /* ADC1 configuration ------------------------------------------------------*/
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T4_CC4;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 2;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); 
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5); 
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 2, ADC_SampleTime_239Cycles5);  

    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

    //外部觸發(fā)
    ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1, ENABLE);

    //使用DMA
    ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

    //校準ADC
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));  

}

配置過程比較簡單，沒有什么邏輯性可言，不在這里進行贅述，這里需要指出的一點是因為我們設(shè)置的是 2 個通道的采集，所以，在這里應(yīng)該使能 ADC 的掃描模式，另一方面，我們采用的是 TIM 產(chǎn)生 pwm 觸發(fā) adc 進行采集，所以要禁止 ADC 的連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，這就是兩個需要注意的地方。

DMA 中斷服務(wù)函數(shù)

在前文我們說了，我們通過 pwm 觸發(fā) ADC 采集，當采集了規(guī)定的點數(shù)之后，就會產(chǎn)生 DMA 中斷，然后在 DMA 中斷里面去處理數(shù)據(jù)，但是由于中斷服務(wù)函數(shù)的要求是執(zhí)行時間盡可能短，所以，我們可以在中斷服務(wù)函數(shù)里置位數(shù)據(jù)采集完成標志位的方式來使得主程序進行數(shù)據(jù)處理，程序代碼如下所示：

void ADC1_DMA1_IT_Hander(void)
{    
    if (DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1))
    {
        DMA_ClearITPendingBit(DMA1_FLAG_TC1);
        //rt_sem_release(adc_complete_sem);
        adc_complete_flag = 1;
    }
}

上述代碼中，被注釋掉的部分是釋放信號量，這個是使用 RTOS 是用來同步線程的一個操作，其功能與裸機的標志位是相同的。

總結(jié)

上述便是本次分享的內(nèi)容，其實現(xiàn)的一個功能便是使用 PWM 觸發(fā) ADC 多通道采集，并使用 DMA 進行搬運，通過這樣子就可以精確地控制 ADC 的采樣頻率，也就是控制 1 s 鐘可以采集多少個點。最后，而這個采樣頻率就是 pwm 的頻率，但是為了更加精確的計算其真實的采樣頻率還應(yīng)該加上 ADC 通道的轉(zhuǎn)換一個數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換時間，這樣才是最為精確的采樣頻率。在下一篇文章中，筆者將繼續(xù)介紹基于這篇文章的應(yīng)用，也就是根據(jù)采樣得到的點，計算波形的頻譜，計算波形的頻率。