GD32/STM32 ADC/DMA使用指南

发布于：2025-05-07 ⋅ 阅读:(8) ⋅ 点赞:(0)

首先我们对ADC及DMA的基础知识作一下简单介绍。

一、 GD32/STM32  ADC模块的核心要点

一）、ADC基础特性

  1. ‌12位逐次逼近型‌
    GD32/STM32 ADC为12位分辨率，最大量化值为4095（对应3.3V参考电压），支持0-3.3V模拟输入范围。
  2. ‌多通道架构‌
    • 外部通道：16个（部分型号支持24个外部通道）
    • 内部通道：2个（温度传感器、内部参考电压）
  3. ‌时钟系统‌
    • 模拟时钟（ADCCLK）：由APB2时钟分频（/2、/4、/6、/8）生成，上限14MHz
    • 数字时钟：等同于APB2时钟

二）、核心功能模式

  1. ‌转换模式‌
    • ‌单次转换‌：手动触发单次采样
    • ‌连续转换‌：自动循环采样同一通道
    • ‌扫描模式‌：自动遍历多通道
  2. ‌通道分组机制‌
    • ‌规则组‌：常规转换队列（最多16路）
    • ‌注入组‌：高优先级中断式转换（最多4路）
  3. ‌触发方式‌
    • 软件触发
    • 硬件触发（TIMER、EXTI等）

三）、数据管理

  1. ‌对齐方式‌
    • 右对齐：默认模式，数据存于寄存器低12位
    • 左对齐：便于快速读取高8位数据
  2. ‌校准机制‌
    • 上电自校准
    • 温度传感器校准（需单独使能）

四）、典型应用配置

// HAL库配置示例（单通道连续转换）
ADC_HandleTypeDef hadc;
hadc.Instance = ADC1;
hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;  // ADCCLK=21MHz
hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
hadc.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;  // 连续转换模式
hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
HAL_ADC_Init(&hadc);

五）、进阶应用方案

  1. ‌DMA传输‌
    实现多通道数据自动搬运，减少CPU开销
  2. ‌定时器触发‌
    精确控制采样间隔（适用于波形采集）
  3. ‌模拟看门狗‌
    设置电压阈值触发中断（过压/欠压保护）

六）、关键注意事项

  1. 输入阻抗匹配：建议源阻抗≤10kΩ
  2. 抗干扰设计：
    • 独立模拟供电引脚（VDDA、VSSA）
    • 添加RC滤波电路
    • 避免数字信号线平行走线
  3. 开启DMA双缓冲模式提升吞吐量
  4. 使用过采样技术提高有效分辨率
  5. 低温漂外部基准电压（如REF3030）提升精度

七）、关于ADC转换时间计算

转换时间 = (采样周期 + 12.5周期) / ADCCLK
例如：当ADCCLK=21MHz，采样周期=84周期时，总转换时间≈4.59μs37

二、GD32/STM32  DMA 介绍

 一）、DMA基础概念

  1. ‌定义与作用‌
    DMA（Direct Memory Access）是一种无需CPU参与的硬件数据传输机制，可实现外设与内存之间（如ADC数据存入数组）、内存与外设之间（如UART发送数据）或内存与内存之间的高速数据搬运56。其核心作用是释放CPU资源，提升系统实时性与效率。

  2. ‌硬件架构‌

    • ‌双控制器架构‌：STM32F1系列包含DMA1（7通道）和DMA2（5通道，仅大容量型号支持）
    • ‌总线矩阵‌：DMA通过总线矩阵连接AHB总线，实现与外设、存储器的并行访问
    • ‌数据流与通道‌：每个DMA控制器包含独立的数据流（Stream），每个数据流可映射至8个硬件通道（如DMA1_Channel4对应UART1_TX）

二）、DMA核心特性

  1. ‌传输方向‌

    • 外设→存储器（如ADC采集数据）
    • 存储器→外设（如SPI发送数据）
    • 存储器→存储器（高速数据拷贝）

  2. ‌数据管理‌

    • ‌数据宽度‌：支持8/16/32位，源与目标宽度可独立配置（自动填充/截断）
    • ‌地址递增‌：传输后自动递增源/目标地址，支持非连续数据传输
    • ‌循环模式‌：自动重置传输计数器，实现环形缓冲区（适用于连续采样场景）

  3. ‌优先级与仲裁‌

    • 软件可设4级优先级（很高、高、中、低）
    • 硬件仲裁器自动处理同优先级请求

三）、DMA配置流程（以HAL库为例）

// 示例：配置UART通过DMA发送数据
// 1. 使能DMA时钟
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();  // DMA1时钟使能:ml-citation{ref="4,8" data="citationList"}

// 2. 初始化DMA参数
DMA_HandleTypeDef hdma_uart_tx;
hdma_uart_tx.Instance = DMA1_Channel4;          // 选择通道
hdma_uart_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; // 存储器→外设
hdma_uart_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;     // 外设地址固定
hdma_uart_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;         // 存储器地址递增
hdma_uart_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE; 
hdma_uart_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
hdma_uart_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;            // 单次传输模式
HAL_DMA_Init(&hdma_uart_tx);

// 3. 绑定外设与DMA
__HAL_LINKDMA(&huart1, hdmatx, hdma_uart_tx);  // 关联UART1发送端:ml-citation{ref="4,8" data="citationList"}

四）、典型应用场景

场景 描述 关键配置要点
‌ADC多通道采样‌ 循环采集多个传感器数据并存入数组 扫描模式 + DMA循环传输
‌串口大数据传输‌ 高速发送/接收数据包（如Modbus通信） 双缓冲机制 + 传输完成中断
‌内存高速拷贝‌ 内部Flash到SRAM的固件升级 存储器到存储器模式

五）、关键注意事项

  1. ‌时钟使能‌

    • 必须使能DMA控制器时钟（如__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE()）和外设时钟

  2. ‌中断管理‌

    • 使能传输完成/半传输/错误中断，并在中断服务函数中清除标志位

  3. ‌数据对齐‌

    • 确保源/目标地址对齐（如32位传输时地址需4字节对齐）

三、ADC校正 

一）、校准核心流程

  1. ‌基础校准（标准模式）‌

    • 上电后执行基础校准，消除电容误差
    • ‌操作步骤‌：
      ① ADC上电（ADON=1）但未启动转换
      ② 执行校准命令（ADC_StartCalibration(ADC1)）
      ③ 等待校准完成标志位

  2. ‌内部参考电压校准‌

    • 利用内置VREFINT通道（通道17）实现动态精度补偿
    • ‌实现逻辑‌：
      ① 测量VREFINT通道原始值（典型值约1.2V）
      ② 计算比例因子：Scale = VREFINT_实际值 / ADC_VREFINT原始值
      ③ 应用比例因子至其他通道

        考虑到电压校准需要手动测量VREFINT，加上我们大多应用并不需要获取准确电压值，只需要知道ADC值的变化，所以通常我们可以不做电压校准。

 四、ADC程序实现示例

 一）、单通道轮询模式（标准库）

// 引用[1][8]的配置逻辑
#include "stm32f10x.h"

void ADC1_Init(void) {
    // 开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    // 配置ADC时钟为PCLK2的6分频（ADCCLK=12MHz）
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); 
    
    // GPIO配置为模拟输入
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // ADC参数配置
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
    ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;       // 独立模式
    ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;   // 右对齐
    ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;      // 单次转换
    ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;            // 非扫描模式
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);
    
    // 校准ADC
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}

uint16_t Get_ADC_Value(void) {
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);  // 启动转换
    while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)); // 等待转换完成
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);     // 返回12位转换结果
}

 二）、多通道DMA传输（标准库)

void	ADC1_Init(void)
{
#if 1
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	u8	rank = 1;
	
	/* Enable DMA clock */
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	
	/* Enable ADC1 clock */
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
	
	/* Configure PB0 & PB1 as analog input */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PAPER_END_SEN | PAPER_IN_SEN;// | GPIO_BM_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_Init(GPIO_SENSOR, &GPIO_InitStructure);				// PB0 & PB1,输入时不用设置速率


	/* DMA channel1 configuration */
	DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&ADC1->DR;;	 //ADC地址
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)SensorNow.ADC_Val;//内存地址
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_CH_MAX;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外设地址固定
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  //内存地址增加
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;	//半字
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;		//循环传输
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
	DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);
	
	/* Enable DMA channel1 */
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
	
	/* ADC1 configuration */
	
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//独立ADC模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE ; 	 //使能扫描模式，扫描模式用于多通道采集
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;	//开启连续转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//不使用外部触发转换
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; 	//采集数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = ADC_CH_MAX;	 	//通道数目
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
	
	/*配置ADC时钟，为PCLK2的8分频，即9MHZ*/
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); 
	/*配置ADC的通道采样周期及序列 */ 
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_15, rank ++, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_14, rank ++, ADC_SampleTime_55Cycles5);
/* Enable ADC1 DMA */
	ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
	
	/* Enable ADC1 */
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
	
	/*复位校准寄存器*/   
	ADC_ResetCalibration(ADC1);
	/*等待校准寄存器复位完成*/
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
	
	/* ADC校准*/
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	/* 等待校准完成*/
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
	
	/* 前面设置为不使用外部触发转换，所以使用软件触发ADC转换 */ 
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
#endif	
}

 三）、定时器触发ADC采样（标准库）

   1、TIM定时器配置‌

  • ‌时钟使能与模式设置‌
    选择TIM工作模式（如PWM模式或基本定时模式），配置预分频器（PSC）和自动重载值（ARR）以设定触发频率。
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); // 使能TIM3时钟

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;
TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = 72 - 1;       // 72MHz/72=1MHz
TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_InitStruct.TIM_Period = 1000 - 1;        // 触发频率1kHz (1MHz/1000)
TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_InitStruct);

TIM_SelectOutputTrigger(TIM3, TIM_TRGOSource_Update); // 更新事件触发TRGO
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                // 启动定时器

2. ‌ADC触发源配置
ADC初始化与外部触发选择‌
启用ADC外部触发，选择TIM的TRGO事件作为触发源。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); // 使能ADC1时钟

ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;          // 独立模式
ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;               // 单通道扫描
ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;         // 单次转换模式
ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO; // TIM3触发
ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;      // 右对齐
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5); // 配置通道0
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);                                                       // 启动ADC

五、完整工程文件 

【免费】GD32/stm32ADC、DMA、UART、SPI、Flash读写、DRV8812/DRV8813步进马达驱动、TIMER中断、GPIO控制资源-CSDN文库

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