模数转换数据采样STM32.docx
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模数转换数据采样STM32
模拟看门狗功能允许非常精准地监视一路、多路或所有选中的通道,当被监视的信号超出预置的阀值时,将产生中断。
由标准定时器(TIMx)和高级控制定时器(TIM1和TIM8)产生的事件,可以分别内部级联到ADC的开始触发和注入触发,应用程序能使AD转换与时钟同步。
12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字数字转换器。
它有多达18个通道,可测量16个外部和2个内部信号源。
ADC的输入时钟不得超过14MHZ,它是由PCLK2经分频产生。
如果被ADC转换的模拟电压低于低阀值或高于高阀值,AWD模拟看门狗状态位被设置。
关于ADC采样与DMA关系,引用网上一段解释:
12位精度,最快1uS的转换速度,通常具备2个以上独立的ADC控制器,
这意味着,
STM32可以同时对多个模拟量进行快速采集,
这个特性不是一般的MCU具有的。
以上高性能的ADC,配合相对比较块的指令集和一些特色的算法支持,
就构成了STM32在电机控制上的强大特性。
好了,正题,怎末做一个简单的ADC,注意是简单的,
ADC是个复杂的问题,涉及硬件设计,电源质量,参考电压,信号预处理等等问题。
我们只就如何在MCU内完成一次ADC作讨论。
谈到ADC,我们还要第一次引入另外一个重要的设备DMA.
DMA是什么东西呢。
通常在8位单片机时代,很少有这个概念。
在外置资源越来越多以后,
我们把一个MCU内部分为主处理器和外设两个部分。
主处理器当然是执行我们指令的主要部分,
外设则是串口I2CADC等等用来实现特定功能的设备
回忆一下,8位时代,我们的主处理器最常干的事情是什么?
逻辑判断?
不是。
那才几个指令
计算算法?
不是。
大部分时候算法都很简单。
事实上,主处理器就是作个搬运工,
把USART的数据接收下来,存起来
把ADC的数据接收下来,存起来
把要发送的数据,存起来,一个个的往USART里放。
…………
为了解决这个矛盾,
人们想到一个办法,让外设和内存间建立一个通道,
在主处理器允许下,
让外设和内存直接读写,这样就释放了主处理器,
这个东西就是DMA。
打个比方:
一个MCU是个公司。
老板就是主处理器
员工是外设
仓库就是内存
从前仓库的东西都是老板管的。
员工需要原料工作,就一个个报给老板,老板去仓库里一个一个拿。
员工作好的东西,一个个给老板,老板一个个放进仓库里。
老板很累,虽然老板是超人,也受不了越来越多的员工和单子。
最后老板雇了一个仓库保管员,它就是DMA
他专门负责入库和出库,
只需要把出库和入库计划给老板过目
老板说OK,就不管了。
后面的入库和出库过程,
员工只需要和这个仓库保管员打交道就可以了。
--------闲话,马七时常想,让设备与设备之间开DMA,岂不更牛X
比喻完成。
ADC是个高速设备,前面提到。
而且ADC采集到的数据是不能直接用的。
即使你再小心的设计外围电路,测的离谱的数据总会出现。
那么通常来说,是采集一批数据,然后进行处理,这个过程就是软件滤波。
DMA用到这里就很合适。
让ADC高速采集,把数据填充到RAM中,填充一定数量,比如32个,64个MCU再来使用。
-----多一句,也可以说,单次ADC毫无意义。
下面我们来具体介绍,如何使用DMA来进行ADC操作。
初始化函数包括两部分,DMA初始化和ADC初始化
我们有多个管理员--DMA
一个管理员当然不止管一个DMA操作。
所以DMA有多个Channel
以下是程序分析:
程序基于STM32F103VET6,库函数实现
RCC部分:
(忽略系统时钟配置)
//启动DMA时钟
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);
//启动ADC1时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
GPIO部分:
(ADC引脚参见上表)
//ADC_CH10-->PC0
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;//模拟输入
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:
(两外部输入,另采样内部温度传感器)
voidADC1_Configuration(void)
{
ADC_InitTypeDefADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;//转换模式为独立,还有交叉等非常多样的选择
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=ENABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;//连续转换开启
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=3;//设置转换序列长度为3,三通道
ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);
//ADC内置温度传感器使能(要使用片内温度传感器,切忌要开启它)
ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);
//常规转换序列1:
通道10
ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_10,1,ADC_SampleTime_239Cycles5);
//常规转换序列2:
通道16(内部温度传感器),采样时间>2.2us,(239cycles)
ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_16,2,ADC_SampleTime_239Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1,3,ADC_SampleTime_239Cycles5);
//输入参数:
ADC外设,ADC通道,转换序列顺序,采样时间
//EnableADC1
ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);
//开启ADC的DMA支持(要实现DMA功能,还需独立配置DMA通道等参数)
ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE);
//下面是ADC自动校准,开机后需执行一次,保证精度
//EnableADC1resetcalibarationregister
ADC_ResetCalibration(ADC1);
//ChecktheendofADC1resetcalibrationregister
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
//StartADC1calibaration
ADC_StartCalibration(ADC1);
//ChecktheendofADC1calibration
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
//ADC自动校准结束---------------
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);//ADC启动
}
DMA配置:
(无软件滤波)
voidDMA_Configuration(void)
{
DMA_InitTypeDefDMA_InitStructure;
DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr=ADC1_DR_Address;//DMA外设地址,在头部定义
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr=(u32)&AD_Value;//内存地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR=DMA_DIR_PeripheralSRC;//外设至内存模式
//BufferSize=2,因为ADC转换序列有2个通道
//如此设置,使序列1结果放在AD_Value[0],序列2结果放在AD_Value[1]
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize=3;//一次转换三个
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable;//接受一次后,设备地址不后移
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Enable;//接受一次后,内存地址后移
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//每次传输半字
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
//循环模式开启,Buffer写满后,自动回到初始地址开始传输
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,启动DMA通道
DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);
}
此DMA例程用于单次ADC转换,配合软件滤波可做如下改动:
全局声明:
vu16AD_Value[30][3];//AD采样值
vu16After_filter[3];//AD滤波后
DMA部分:
(带中断滤波)
voidDMA_Configuration(void)
{
DMA_InitTypeDefDMA_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,因为ADC转换序列有2个通道
//如此设置,使序列1结果放在AD_Value[0],序列2结果放在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;
//循环模式开启,Buffer写满后,自动回到初始地址开始传输
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,启动DMA通道
DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);
DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA_IT_TC,ENABLE);//使能DMA传输完成中断
}
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);//EnabletheDMAInterrupt
stm32f10x_it.c文件:
voidDMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC1)!
=RESET)
{
filter();
DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1);
}
}
滤波部分:
(均值滤波)
#defineN30
voidfilter(void)
{
intsum=0;
u8count,i;
for(i=0;i<2;i++)
{
for(count=0;count { sum+=AD_Value[count][i]; } After_filter[i]=sum/N; sum=0; } } 采样数据与实际电压/温度转换: u16GetTemp(u16advalue) { u32Vtemp_sensor; s32Current_Temp; //ADC转换结束以后,读取ADC_DR寄存器中的结果,转换温度值计算公式如下: //V25-VSENSE //T(℃)=------------+25 //Avg_Slope //V25: 温度传感器在25℃时的输出电压,典型值1.43V。 //VSENSE: 温度传感器的当前输出电压,与ADC_DR寄存器中的结果ADC_ConvertedValue之间的转换关系为: //ADC_ConvertedValue*Vdd //VSENSE=-------------------------- //Vdd_convert_value(0xFFF) //Avg_Slope: 温度传感器输出电压和温度的关联参数,典型值4.3mV/℃。 Vtemp_sensor=advalue*330/4096; Current_Temp=(s32)(143-Vtemp_sensor)*10000/43+2500; return(s16)Current_Temp; } u16GetVolt(u16advalue) { return(u16)(advalue*330/4096); } 滤波部分思路为: ADC正常连续采样三个通道,由DMA进行搬运,一次搬运90个数据,即为1-2-3-1-2-3循环,每个通道各30次,存在AD_Value[30][3]中,30为每通道30个数据,3为三个通道,根据二维数组存储方式此过程自动完成。 而每当一次DMA过程结束后,触发DMA完成中断,进入滤波函数将30个数据均值成一个,存入After_filter[3]。 整个过程滤波计算需要CPU参与,而在程序中采样结果值随时均为最新,尽力解决程序复杂性和CPU负载。 x=GetVolt(After_filter[0]);即可得到即时电压值。 本文参考: STM32手册,《ADC数据的软件滤波方法及其示例程序》,《下面来讲一下STM32的ADC应用》均来源于互联网
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- 转换 数据 采样 STM32