STM32基础知识点总结

六、ADC 模数转换器

Analog-to-Digital Converter模数转换器（将模拟信号转换为数字信号的转换器）

1. ADC作用

ADC是一个逐次逼近型的模数转换器，可以将连续的模拟信号(电压、温度、光照、压力….)，转换成离散的数字信号

（传感器与之不同：将非电学量转换成电学量）

最直观的体现：模拟信号是连续变化的曲线，而数字量是不连续的一个个离散的点

2. STM32的ADC简介

12 位 ADC 是一种逐次逼近型模拟数字转换器

它有多达 19 个通道，可测量 16 个外部通道（从外部 GPIO 口连接的16 通道模拟输入）

3 个内部信号源：

1. 分别为内部温度传感 (VSENSE) 输入
2. 内部参考电压 (VREFINT) 输入
3. 外部电池 VBAT 供电引脚输入

各通道的 A/D 转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行

ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器中

3. ADC特性

量程：

能测量的电压范围 0 ~ 3.6V

分辨率：

ADC的分辨率通常以输出二进制数的位数表示，位数越多，分辨率越高，一般来说分辨率越高，转化时间越长

可配置的转换精度：

6位，8位，10位，12位

转化时间：

模拟输入电压在允许的最大变化范围内，从转换开始到获得稳定的数字量输出所需要的时间

转换得到一个12位精度的数据，需要1us，转换速度可以达到1MHZ

4. ADC的时钟

APB时钟的 2 或 4 分频，最高14MHz

优点：

不会有时钟域之间的同步带来的抖动，触发事件和转换的起始时刻之间的延迟是确定的，从 而保证转换之间的时间间隔是固定的

缺点： 

ADC的转换时间和系统时钟频率相关，受系统频率的影响较大

片上14MHZ HSI RC振荡器

优点：

无论MCU的运行频率，都可以保证最高的ADC工作频率可以使用自动节电模式（自动开启或关闭14MHz的内部振荡器）

缺点：

触发信号的同步会带来抖动，触发事件和转换的起始时刻之间的延迟不确定

5. 五种工作模式

  单通道单次转换

  单通道连续转换

  多通道单次转换

  多通道连续转换

  间隔转换

6. 程序设计

6.1 单通道单次采集实验

光敏模块控制LED亮灭

6.1.1 原理图分析

光敏模块 	- OUT - D1 - 高低电 - IN - A1 - 模拟量
底板原理图 - A1 - 核心板底座
核心板原理图 - 核心板插针 - A1 - PA4

6.1.2 Cube MX 环境配置

光敏模块 - A1 - PA4 - ADC_IN4
LED - LED2/3/4 - PB2/1/0 - GPIO_Output

6.1.3 代码编写

main.c

/* USER CODE BEGIN Includes */
uint16_t buf;
/* USER CODE END Includes */


while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */
	// 1.start
	HAL_ADC_Start(&hadc1);
	// 2.wait
	HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);
	// 3.getvalue
	buf = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
	// 4.stop
	HAL_ADC_Stop(&hadc1);
		
	if (buf > 0x0DDD)
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2, (GPIO_PinState)0);

	else if (buf < 0xDDD)
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2, (GPIO_PinState)1);
}

6.2 多通道扫描

按键控制五个方向来发送五句话（上下左右中）

不同的方向灯亮的不同

采集光敏的数据发送到串口

6.2.1 原理图分析

光敏模块ADC

光敏模块 	- OUT - D1 - 高低电 - 模拟量 - A1 
光敏模块实物 - A1 - P1从上往下第4个
底板传感器拓展模块接口 - P1从上往下第4个 - A1 - 开发板上核心板底座 - CON2的3号接口
核心板原理图 - 核心板底座（插针） - A1 - PA4

五向按键ADC

五向按键 - OUT
底板原理图
核心板原理图

五向按键外部中断

五向按键 - 高低电 - 高电平导通 - OUT 
底板原理图 - D3&KEY - CON2
核心板原理图 - CON2 - 核心板插针 - D3&KEY - PA8

6.2.2 Cube MX 环境配置

光敏模块 - A1 - PA4 - ADC_IN4
LED - LED2/3/4 - PB2/1/0 - GPIO_Output
按键 - ADC_KEY - PA1 - ADC_IN1

光敏模块

A1对应PA4设置成 模数转换ADC1_IN4

五项按键控制串口和灯

1. 按键PA8配置外部中断（使能、下降沿）

1. 三个灯PB0、PB1、PB2
2. 串口USART1配置（波特率9600）

按键ADC

ADC KEY对应PA1设置成 模数转换ADC1_IN1

加上第一步配置的ADC1_IN4，此时有两个ADC——多通道

时钟RCC

48MHz——时钟影响cpu存取速度——速度越快，ADC采集速度越快

6.2.3 代码编写

main.c

/* USER CODE BEGIN Includes */
uint16_t buf[2];
/* USER CODE END Includes */

gpio.c

/* USER CODE BEGIN 0 */
#include "adc.h"
#include "usart.h"
#include 
/* USER CODE END 0 */

/* USER CODE BEGIN 2 */
extern uint16_t buf[2]; 	// 数组能将两条通道的 GetValue 都存储下来

int fputc(int ch, FILE* f)
{
	while((USART1->ISR & 1<<7) == 0){}
	USART1->TDR = ch;
	return ch;
}

// 外部中断 下降沿 回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Falling_Callback(uint16_t GPIO_Pin) 	
{
	if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_8)
	{
		// 1.start
		HAL_ADC_Start(&hadc1);
		// 2.wait 可以不用了，ADC_ISR中断寄存器
		// 位3：EOC序列转换结束标志
		// 位2：EOS转换结束标志，单个结束是此位
		// HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);
		while((ADC1->ISR & 1<<2) == 0){}										// 如果没结束一直wait
		// 3.1 Get  ADC1 Value
		buf[0] = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);			// 第一个通道获取
        
        // 结束了可以用位3序列转换结束标志EOC进行判断
        // 也可以使用位2的转换结束标志EOS来判断	
		while((ADC1->ISR & 1<<3) == 0){}
		// 3.2 Get  ADC4 Value
		buf[1] = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);			// 第二个通道获取
		// 4.stop
		HAL_ADC_Stop(&hadc1);
			
		printf("按键数据：  %d\r\n", buf[0]);	
		printf("光照数据：  %d\r\n", buf[1]);

		if((buf[0])>=2990 && (buf[0]<=3000))		// 中：2990-3000
		{
			printf("中");
		    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,
GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2, GPIO_Pin_RESET);
		}
		
		if ((buf[0])>=2975 && (buf[0]<=2985))	// 上：2975-2985
		{
			printf("上");
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_Pin_SET);
		}
		if ((buf[0])>=2920 && (buf[0]<=2940))	// 下：2920-2940
		{
			printf("下");
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_Pin_SET);		    }
		if ((buf[0])>=2950 && (buf[0]<=2970))	// 左：2950-2970
		{
			printf("左");
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_Pin_SET);
		}
		else if (buf[0] > 3000)						// 右：3000-3020
		{
			printf("右");
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_Pin_RESET);
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_Pin_RESET);
		}
	}
}
/* USER CODE END 2 */

6.2.4 实现效果

七、DMA – 数据的搬运工

1. DMA作用

DMA的传输方式无需CPU参与，可以直接控制传输

DMA给外部设备和内存开辟了一条直接数据传输的通道

2. 目的

给CPU节省资源，使CPU的工作效率提高

3. DMA特性

    1）同一个DMA模块可以有多个优先级请求：很高 高 中等 低

    2）每个通道有3个事件标志： DMA半传输 DMA传输完成 DMA传输出错

    3）数据源 目标源 数据传输宽度对齐

    4）传输数据 字节8位 半字16位 全字32位 

    5）存储器<->存储器 外设<->存储器 外设<->外设

    6）闪存(flash) SRAM APB AHB 外设均可以作为源或者目标

    7）搬移数据的最大长度为65535字节

4. DMA寄存器

    DMA_CPARx ：设置外设地址的寄存器

    DMA_CMARx ：设置存储器地址的寄存器

    DMA_CCRx  ：设置数据传输方向

    DMA_CNDTRx：设置传输的数据量

5. DMA的增量或者循环模式

增量： 外设搬移到存储器的时候，不希望覆盖上一个会将内存设置为增量模式

循环： DMA不停循环的搬移数据，一组的数据传输完成时，计数寄存器将会自动地被恢复成配置该通道时设置的初值.

6. DMA-ADC串口发送程序设计

6.1 Cube MX 环境配置

USART串口配置省略

6.2 代码编写

main.c

uint16_t buf;


  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)&buf, 1);
		HAL_Delay(500);
  }

adc.c

/* USER CODE BEGIN 0 */
#include 
#include "usart.h"
/* USER CODE END 0 */


extern uint16_t buf; // 光照强度缓冲区

int fputc(int ch, FILE* f)
{
	while ((USART1->ISR & 1<<7) == 0){}
	USART1->TDR = ch;
	return ch;
}

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
	if (hadc->Instance == ADC1) 
		printf("光照强度为： %d", buf);
	HAL_ADC_Stop(&hadc1);
}

6.3 运行结果

7. DMA-ADC串口发送–按键中断程序设计

7.1 流程图

7.2 Cube MX 环境配置

    RCC – 48M（速度更快）

    USART1 – 波特率 – 115200

    PA8 – GPIO_EXTI8 – NVIC勾选按键（4-15）中断

    PA1 – ADC1_IN1

    DMA打开： DMA设置

    1） ADC里DMA请求要使能

    2） 点击 ADD – ADC

        CHANNEL 1 方向：外设->内存

        模式： 普通(不选择循环)

        增量模式： 在内存一侧要打钩

        数据传输宽度： 选择半字(16bit – ADC也是16bit的)

7.3 代码编写

main.c

/* USER CODE BEGIN Includes */
注释掉上次项目 遗留的参数声明
//uint32_t buf; 
/* USER CODE END Includes */

gpio.c

/* USER CODE BEGIN 0 */
#include "adc.h"

// CubeMX配置中Data Width为Half World，所以必须为16，单通道使用32无伤大雅，但双通道会出现错误，保持好习惯，使用和配置的数据宽度一致的ADC缓存区大小。
uint16_t buf;
/* USER CODE END 0 */


/* USER CODE BEGIN 2 */
void HAL_GPIO_EXTI_Rising_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
	if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_8)    // 按下按键开始DMA-ADC
	{    
		HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)&buf, 1);  
	}
}
/* USER CODE END 2 */

adc.c

/* USER CODE BEGIN 0 */
#include 
#include "usart.h"
#include 
/* USER CODE END 0 */

/* USER CODE BEGIN 1 */
// CubeMX配置中Data Width为Half World，所以必须为16，单通道使用32无伤大雅，但双通道会出现错误，保持好习惯，使用和配置的数据宽度一致的ADC缓存区大小。
extern uint16_t buf; 
int fputc(int ch, FILE* f)
{
	while ((USART1->ISR & 1<<7) == 0){}
	USART1->TDR = ch;
	return ch;
}


void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
	//进入这个函数说明DMA搬移完成，所以只需要打印搬移的数据即可
	printf("光照强度为： %d", buf);
    HAL_ADC_Stop_DMA(hadc);
	memset(&buf, 0, sizeof(buf));							// 清空
}
/* USER CODE END 1 */

7.4 运行结果

8. DMA-ADC多通道采集实验（DMA不定长接收）

实验思路

在按键中断服务程序中启动ADC进行采集，ADC采集结束之后

自动发起一个DMA搬运请求，DMA请求控制总线，搬移数据，搬移完成之后触发一个搬移完成中断。

在DMA搬移完成中断回调函数中，打印数据数组中ADC采集的光敏

8.1 Cube MX 环境配置 

8.2 可能使用到的函数

找函数去HAL英文手册 HAL_UART_Generic Driver 587页
1）HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef * huart, 
uint8_t * pData, uint16_t Size) //开启DMA通道并设定通道长度
2）__HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__,__INTERRUPT__)//开启串口空闲中断
3）__HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__,__FLAG__)//获得串口空闲中断标志
4）__HAL_UART_CLEAR_FLAG(__HANDLE__,__FLAG__) //清除串口空闲中断
5）HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef * huart) //关闭串口DMA通道
6）设定的传输长度-剩余传输数量（DMA_CNDTRx）=实际长度
7）HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef * huart, uint8_t * pData, uint16_t Size)  //使用DMA通道发送指定长度的字符到串口中
8）HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef * huart, uint8_t * pData, uint16_t Size)  //再次开启DMA通道并设定通道长度

8.3 代码编写

main.c

  HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,buf,128);
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);

中断处理函数

extern uint8_t buf[128];
uint16_t len=0; 
void USART1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
  if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE))
	{
	  __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE);
		HAL_UART_DMAStop(&huart1);
	  len=128-hdma_usart1_rx.Instance->CNDTR; 
	  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,buf,len);
		HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,buf,128);
	}
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

void delay_us(uint32_t t)
{
    SysTick->LOAD =48*t;                    // 48对应Hz
	SysTick->VAL =0;                        // 记住设置为0
	while((SysTick->CTRL & 1<<16) == 0){}
}

void delay_ms(uint32_t t)
{
    while(t--)
        delay_us(1000);
}

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
  /* USER CODE END 2 */

  htim3.Instance = TIM3;
  htim3.Init.Prescaler = 48000-1;
  htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim3.Init.Period = 1000-1;
  
  
  
  /* USER CODE BEGIN 1 */

int fputc(int ch, FILE* f)
{
	while ((USART1->ISR & 1<<7) == 0);
	USART1->TDR = ch;
	return ch;
}

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if (htim->Instance == TIM3)
	{
		printf("晓超打小就聪明\r\n");
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_7);
	}
}	
/* USER CODE END 1 */

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim17, TIM_CHANNEL_1);
  /* USER CODE END 2 */

  // 定时器选择
  htim17.Instance = TIM17;
  // 预分频器初始化
  htim17.Init.Prescaler = 48-1;
  // 计数模式初始化
  htim17.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  // 自动重装载寄存器初始化：重载目标值
  htim17.Init.Period = 5000-1;
  // 时钟分频初始化：1分频
  htim17.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim17.Init.RepetitionCounter = 0;
  htim17.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim17) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim17) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  // 脉冲
  sConfigOC.Pulse = 2500;