Многоканальный АЦП с использованием DMA на STM32

2020-02-11 в 15:45 (последнее изменение 2021-03-09 в 01:37)

Когда мы хотим сделать одно преобразование одного канала АЦП - мы ждем результата АЦП в цикле, который не является эффективным способом использования ресурсов процессора. Лучше запустить преобразование и дождаться полного прерывания преобразования. Таким образом, процессор может выполнять другие задачи, а не ждать завершения преобразования АЦП. На этот раз мы рассмотрим другой пример, в котором мы настроим более одного канала и прочитаем значения АЦП, используя процедуру обслуживания прерываний.

stm32

Как работает многоканальное преобразование АЦП?

Если нам нужно преобразовать несколько каналов непрерывно, нам нужно настроить регистры последовательности (ADC_SQRx). Существует три регистра последовательности: ADC_SQR1, ADC_SQR2 и ADC_SQR3, где мы можем установить максимум 16 каналов в любом порядке. Последовательность преобразования начинается с настроек SQ1 [4: 0] в регистре ADC_SQR3. Биты [4: 0] содержат номер канала АЦП.

Все 16 последовательных каналов могут быть установлены одинаково через все регистры SQR. Затем в регистре ADC_SQR1 есть четыре бита, помеченные как L [3: 0], где вы можете установить число повторений чтения последовательности.

Еще одна вещь, о которой нам нужно позаботиться - установить время выборки для каждого канала. Как мы знаем, каждый канал в последовательности может быть установлен на разное время преобразования. Время выборки для каждого канала может быть установлено в двух регистрах: ADC_SMPR1 и ADC_AMPR2. Есть три бита для каждого канала в последовательности.

Если вы используете стандартную периферийную библиотеку, настройка многоканального АЦП становится и легкой задачей.

Настройка многоканального преобразования АЦП с записью DMA

Давайте напишем пример, где мы будем читать первые 8 каналов АЦП четыре раза, используя режим сканирования. Затем мы вычисляем среднее значение каждого канала и затем выводим результаты на экран терминала с помощью UART.

Мы запишем значения АЦП в память, используя канал DMA. Как только все данные будут сохранены в памяти, будет сгенерировано полное прерывание передачи DMA для запуска усреднения и вывода. В техническом описании STM32F100x мы находим, что выводам АЦП назначены альтернативные функции следующим образом:

ADC1_IN0 – PA0
ADC1_IN1 – PA1
ADC1_IN2 – PA2
ADC1_IN3 – PA3
ADC1_IN4 – PA4
ADC1_IN5 – PA5
ADC1_IN6 – PA6
ADC1_IN7 – PA7
ADC1_IN8 – PB0
ADC1_IN9 – PB1
ADC1_IN10 – PC0
ADC1_IN11 – PC1
ADC1_IN12 – PC2
ADC1_IN13 – PC3
ADC1_IN14 – PC4
ADC1_IN15 – PC5

Для первых восьми каналов нам необходимо установить контакты A0 - A7 в качестве аналоговых входов. Затем мы можем настроить режим преобразования АЦП. Кроме того, нам нужно настроить режим преобразования сканирования, чтобы иметь возможность проходить по всем каналам, выбранным в регистрах ADC1_SQRx. В периферийной библиотеке это выглядит так:

Код

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;

Затем мы должны включить режим непрерывного преобразования, поскольку мы хотим несколько раз циклически переключаться между списками каналов:

Код

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

Затем мы указываем количество каналов для преобразования в режиме сканирования:

Код

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 8;

Следующая вещь - указать, какие каналы и в каком порядке нам нужно конвертировать. Для этого мы настраиваем каждый канал индивидуально с помощью команд:

Код

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_41Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_41Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_41Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 4, ADC_SampleTime_41Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4, 5, ADC_SampleTime_41Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 6, ADC_SampleTime_41Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 7, ADC_SampleTime_41Cycles5);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_7, 8, ADC_SampleTime_41Cycles5);

Я выбрал все восемь каналов подряд от 0 до 7. Но вы можете изменить числа, как вам нравится. Остальное - настроить DMA, где он копирует значения АЦП в память при каждом событии EOC. После того, как DMA копирует заранее определенное количество значений, оно генерирует прерывание. Тогда мы можем манипулировать данными так, как нам нравится. Как и в нашем примере, мы усредняем несколько экземпляров.

Это результат на экране терминала.

Вы можете подключить потенциометр или любой другой аналоговый датчик к каждому каналу, чтобы увидеть его значение АЦП.

Рабочий код на C многоканального АЦП

Вот полный основной исходный код, если вы хотите проанализировать или использовать фрагменты для своих целей:

Код

// Includes --------------*/
#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include <stdio.h>
#define ARRAYSIZE 8*4
#define ADC1_DR ((uint32_t)0x4001244C)
volatile uint16_t ADC_values[ARRAYSIZE];
volatile uint32_t status = 0;

void ADCInit(void);
void DMAInit(void);
int main(void)
{
uint8_t index;
//initialize USART1
Usart1Init();
ADCInit();
DMAInit();

//Enable DMA1 Channel transfer
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
//Start ADC1 Software Conversion
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
//wait for DMA complete
while (!status){};
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, DISABLE);
//print averages
/*for(index = 0; index<8; index++)
 {
 printf("ch%d = %d ",index, ADC_values[index]);
 }*/
for(index = 0; index<8; index++){
 printf("\r\n ADC value on ch%d = %d\r\n",
 index, (uint16_t)((ADC_values[index]+ADC_values[index+8]
 +ADC_values[index+16]+ADC_values[index+24])/4));
}

while (1)
 {
 //interrupts does the job
 }
}

void ADCInit(void){
 //--Enable ADC1 and GPIOA--
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //Variable used to setup the GPIO pins
 //==Configure ADC pins (PA0 -> Channel 0 to PA7 -> Channel 7) as analog inputs==
 GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure); // Reset init structure, if not it can cause issues...
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1| GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3| GPIO_Pin_4| GPIO_Pin_5| GPIO_Pin_6| GPIO_Pin_7;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

 ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
 //ADC1 configuration

 ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
 //We will convert multiple channels
 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
 //select continuous conversion mode
 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//!
 //select no external triggering
 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
 //right 12-bit data alignment in ADC data register
 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
 //8 channels conversion
 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 8;
 //load structure values to control and status registers
 ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
 //wake up temperature sensor
 //ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);
 //configure each channel
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_41Cycles5);
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_41Cycles5);
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_41Cycles5);
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 4, ADC_SampleTime_41Cycles5);
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4, 5, ADC_SampleTime_41Cycles5);
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 6, ADC_SampleTime_41Cycles5);
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 7, ADC_SampleTime_41Cycles5);
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_7, 8, ADC_SampleTime_41Cycles5);
 //Enable ADC1
 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
 //enable DMA for ADC
 ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
 //Enable ADC1 reset calibration register
 ADC_ResetCalibration(ADC1);
 //Check the end of ADC1 reset calibration register
 while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
 //Start ADC1 calibration
 ADC_StartCalibration(ADC1);
 //Check the end of ADC1 calibration
 while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}
void DMAInit(void){
 //enable DMA1 clock
 RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
 //create DMA structure
 DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
 //reset DMA1 channe1 to default values;
 DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
 //channel will be used for memory to memory transfer
 DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
 //setting normal mode (non circular)
 DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
 //medium priority
 DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
 //source and destination data size word=32bit
 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
 //automatic memory destination increment enable.
 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
 //source address increment disable
 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
 //Location assigned to peripheral register will be source
 DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
 //chunk of data to be transfered
 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ARRAYSIZE;
 //source and destination start addresses
 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)ADC1_DR;
 DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)ADC_values;
 //send values to DMA registers
 DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);
 // Enable DMA1 Channel Transfer Complete interrupt
 DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE);
 DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); //Enable the DMA1 - Channel1
 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
 //Enable DMA1 channel IRQ Channel */
 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);
}

Не пропустите обновления! Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте.
Так же у нас есть Telegram канал.
Вам понравился наш материал? Поделитесь с коллегами!