ADC+TIM+DMA采集交流

前言

本文主要講解定時器觸發(fā)ADC去采集交流信號，DMA把數據搬移到內存。

所需工具：

• 開發(fā)板:STM32F103C8T6
• STM32CubeMX
• IDE: Keil-MDK

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模式簡介

ADC+TIM+DMA采集交流信號是電賽中使用范圍最為廣泛的一個技術。這個模式下單個ADC可以實現0-1M的任意可調采樣率，采集20khz一下的信號輕輕松松。

F1的ADC支持許多觸發(fā)信號，這里選擇TIM3的TRGO事件作為觸發(fā)信號，其中TRGO選擇更新時間來引起。（這段新手看不懂沒關系，不耽誤使用）

工程建立

時鐘配置

ADC配置

相對于ADC采集直流，這里的觸發(fā)源不是軟件上的一行代碼來觸發(fā)，而是選擇外部觸發(fā)，這里選擇TIM3的TRGO信號。

對于新手來說這里可能有疑惑，換成硬件觸發(fā)有什么好處嗎？查看系列的上一篇文章，軟件觸發(fā)ADC采樣一次，需要寫幾行代碼，才能讓他們采集一次，如果我們想實現100hz的采樣率，可以設置一個100hz的定時器中斷，在中斷里用代碼（軟件）觸發(fā)ADC采樣，這樣確實可以達到100hz采樣的效果。可是如果100k采樣呢？CPU代碼執(zhí)行的速度是有限的，100hz可以勉強達到，100k就來不及了。但是我讓TIM這樣的硬件去觸發(fā)ADC采樣，ADC采集完成后，DMA硬件搬運數據，整個采集過程不需要CPU參與。

直觀上看就是你告訴ADC,TIM,DMA你們仨給我100k采樣率采集1000個點.說完這句話后，他們三就去采集了，CPU只需要等他們采集完成就可以。采集過程CPU不管的，也就是不需要寫任何代碼。

DMA配置為normal模式。如果配置成circular的話，ADC采集完成指定個數后，不會停下來，不方便管理。讀者可以修改成circular看看效果。

采樣率控制在100kz，那么TIM就需要產生100khz的TRGO的信號，我們這里選擇的更新時間產生TRGO信號，那么TIM3的計數器從0計算到ARR的頻率為100khz。于是我們這里設置PSC=0，ARR=720-1。換算下：$$\frac{72M}{720}=100k$$

配置串口

代碼生成

代碼編寫

串口重定向

#include <stdio.h>

int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

這里是串口重定向的主體部分

#include <stdio.h>

在mian.c里面包含stdio.h頭文件，mian.c里面就可以printf了。別的.c文件同理。

勾選MicroLIB庫，否則沒法使用printf

ADC采集代碼

uint16_t adc_buff[200];//存放ADC采集的數據
/* 
AdcConvEnd用來檢測ADC是否采集完畢
0：沒有采集完畢
1：采集完畢，在stm32f1xx_it里的DMA完成中斷進行修改
 */
__IO uint8_t AdcConvEnd = 0;

在main.c里面定義兩個變量，一個存放ADC采集到的數據，一個標志ADC是否采集完畢。

特別注意__IO修飾AdcConvEnd。他的含義是volatile。避免AdcConvEnd被MDK優(yōu)化掉。

HAL_TIM_Base_Start(&htim3);                           //開啟定時器3
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);                  //AD校準，F4不用校準沒用這行函數。
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_buff, 200); //讓ADC1去采集200個數，存放到adc_buff數組里
while (!AdcConvEnd)                                   //等待轉換完畢
    ;
for (uint16_t i = 0; i < 200; i++)
{
    printf("%.3f\n", adc_buff[i] * 3.3 / 4095); //數據打印，查看結果
}

這里寫的采集程序，如每一步的含義都在注釋里寫明了。

希望讀者養(yǎng)成隨手寫注釋的好習慣。

extern uint8_t AdcConvEnd;//引入外部變量

AdcConvEnd = 1;

ADC采集，DMA搬運，當DMA搬運結束后，整個采集過程也就完成了。DMA搬運結束，程序會接收到DMA中斷，就會執(zhí)行DMA1_Channel1_IRQHandler函數，告訴CPU，采集完畢了。程序上則根據AdcConvEnd的變化，得知采集完畢。

硬件連接

上面總共有STlinkV2，ch340，供電線，信號發(fā)生器接過來的夾子線

運行結果

ADC去采集信號發(fā)生器產生的1k正弦信號，數據打印到VOFA上，結果如圖。

為了驗證采樣率是否是100k，ADC去采集信號發(fā)生器產生的5k信號，打印到VOFA上，可以看到一個周期20個點。$$5k?20=100k$$采樣率為100k驗證完畢。

VOFA的使用可以在電賽小站里查看到教程。

練習

1. 嘗試在例程的基礎上更改采樣率200k、500k等，看看效果。

   練練手，打野怪刷熟練度。

2. 思考如何借助均值濾波來提高采樣精度，并付諸實踐。

   這是最容易實現的降噪方法。你可以不會FIR、滑動濾波器等，這個還是要會的。元氣騎士拿破舊的手槍也是可以通關的嘛。

   提示：如果你沒什么思路請看這里。比如我們去采集1k的正弦，想采集一個周期100個點，你可以設置采樣率為100k，那么采集100個點就結束了。也可以設置采樣率為200k，然后一個周期采集200個點，然后每兩個點取平均，這樣就可以達到2次均值濾波。

   啥？還是不懂？就是數組的下標0和下標1取平均($$\frac{X_{[0]}+X_{[1]}}{2}=Y_{[}0]$$)作為第一個采樣點，下標2和下標3取平均($$\frac{X_{[2]}+X_{[3]}}{2}=Y_{[1]}$$)作為第二個采樣點。

   這個方法有個高級的稱呼：過采樣。H7自帶硬件過采樣STM32H7 ADC 過采樣對精度的影響效果

3. 先以100k的采樣率采集一組信號，再通過程序更改定時的頻率來將采樣率改成200k，再采集一組數據。期間不能重新燒錄代碼

   學會動態(tài)更改采樣率。

   提示一下可以采用這種方式更改：

   TIM1->ARR=...;
   TIM1->PSC=...;
   

4. 如果你會測量頻率，嘗試控制采樣率始終是待測信號的100倍。

   這技巧在FFT變化方面對提高精度有奇效。

后記

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配套程序：

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