STM32的ADC配置问题

问题介绍

最近要使用STM32F103C8T6来做个数字万用表，于是开始学习STM32，要用到32内部的12位ADC
等于是刚刚接触STM32，一切从零开始，现在分享下如何简单的使用ADC

预备知识

RCC：
这个是用来设置时钟的，比如我可以设置我的系统时钟频率等
TIM：
顾名思义，是timer的缩写，是定时计数器.
RCC 和 TIM的区别：
RCC用来设置我32的系统时钟频率或者是一些其他硬件的时钟频率
而TIM是在某个时钟频率下工作的一个计数器，这个频率可以来自RCC的设置，也可以来自外部
注意，RCC设置频率的来源也可以是外部或者内部（内部不准确，我们一般不用，这也是为什么要外接8MHz晶振的原因），而后产生一个内部时钟频率送给TIM

为什么要说时钟呢？因为我要使ADC的采样率达到最大，也就是1MHz的采样率，而达到这样的采样率就需要设置ADC的时钟频率，ADC最大时钟频率是14MHz。这两者什么关系呢？
后面介绍，总之先知道要达到最大的采样率就需要设置我们的时钟

以下正文

那么就让我开始来配置RCC吧！
No.1
首先我们应该用外部接的8MHz晶振来做时钟源。外部高速晶振：HSE；内部高速晶振：HSI
用 void RCC_HSEConfig(u32 RCC_HSE) 这个函数来启动，内部参数设置 RCC_HSE_ON

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);//开启8MHz外部晶振

然后检测外部高速晶振是否正常启动
用 RCC_WaitForHSEStartUp(); 这个函数，这个函数返回 SUCCESS 这个参数则代表正常启动

ErrorStatus HSEStartUpStatus;//设置标志位
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)//若外部晶振正常启动
{
/* Add here PLL ans system clock config */
}

这时候我们要通过PLL锁相环来使外部接的晶振作为输入，输出另一个稳定频率的时钟信号
即我们要用PLL来进行倍频
这里我们设置PLL输出 = 8MHz * 7 = 56MHz （那就是要进行7倍频）

//RCC_PLLSource_HSE_Div1 意思是 PLL的输入时钟 = HSE时钟频率
//RCC_PLLMul_7 表示 7倍频
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_7);

然后输出

RCC_PLLCmd(ENABLE);//PLL输出使能
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);//等待PLL输出

到目前为止我们得到一个56MHz的时钟频率

No.2
然后我们要利用PLL输出的这个频率作为我们STM32的系统时钟

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);//设置系统时钟为56MHz
while(0x08 != RCC_GetSYSCLKSource());//等待系统时钟被正确设置

这样系统时钟就被我们设置好了
接下来的任务就是要设置AHB时钟了
what？AHB时钟又是个啥？
AHB(Advanced High performance Bus)高级高性能总线 或者我们叫它 系统总线
就是我们要设置STM32内部总线的时钟频率
而且AHB又有高低速之分，也就是说我们要设置两个时钟分别给高速AHB和低速AHB
AHB掌管着DMA时钟，SRAM时钟和FLITF时钟，它并不直接管ADC的时钟，那我们为什么还要设置它呢？先别急，往下看

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);//设置AHB时钟（HCLK）
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);//设置高速AHB时钟 PLCK2为56MHz (最大72MHz)
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);//设置低速AHB时钟 PLCK1为28MHz (最大36MHz)
//注：这里面Div1表示一倍分频，也就是不分频。 PLCK2 = HCLK = 56MHz
//Div2表示2倍分频 PLCK1 = HCLK / 2 = 28MHz

总线设置好了我们就终于可以开始设置ADC的时钟频率了
但这里又要提到一个名词APB
APB(Advanced Peripheral Bus)外围总线
这个才是直接管ADC时钟的总线，APB又分APB1 和 APB2
APB1管TIMx (x = 2， 3， 4 ……) WWDG，SPI2， USART2， USAT3， I2C， CAN的时钟
APB2管TIM1， GPIOx， ADC1， ADC2， SPI1， USART1的时钟
很明显我们只需要对APB2的ADC功能进行设置就行

//使能ADC & GPIOA
//这里我用ADC1采样，PA0端口，具体看各个芯片的数据手册
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

重点来了

现在来设置ADC了！！！
来上函数 void ADC_ADCCLKConfig(u32 RCC_ADCCLKSource)
看看这个参数 RCC_ADCCLKSource: 定义ADCCLK，该时钟源自APB2时钟（PCLK2）
懂了吧，为啥非要对AHB进行设置，ADC的时钟来源于AHB的PLCK2

//RCC_PCLK2_Div4 意思是 ADC时钟 = PCLK2 / 4 = 14MHz
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div4);//ADC最大时钟频率是14MHz

至此，我们就对ADC时钟设置完了，一般来说，我们的STM32系统时钟都是设置的是72MHz，但这里我们为什么非要费那么老劲来设置RCC呢？还是上面这个函数，它的参数一共就4个
Div2 Div4 Div6 Div8 也就是2 4 6 8 分频。
72MHz并不能通过这四个分频得到14MHz最大时钟，所以我们特地设置56MHz，通过4分频，产生14MHz的ADC最大时钟频率。72MHz最大能做到 72 / 6 = 12MHz

来吧，上一份完整的RCC代码

static void RCC_ConfigInitail()
{ErrorStatus HSEStartUpStatus;FlagStatus Status;//RCC配置RCC_DeInit();//重置RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);//外部8MHz晶振启动！HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();if(SUCCESS == HSEStartUpStatus)//若启动成功{RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_7);//56MHz PLL输出RCC_PLLCmd(ENABLE);//PLL输出使能while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);//等待PLL输出成功    //设置系统时钟56MHzRCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);while(0x08 != RCC_GetSYSCLKSource());//等待设置成功       RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);//PLCK2 56MHzRCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);//PLCK1 28MHz //使能APB2外设时钟 ADC & GPIOARCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div4);//ADC1时钟频率 14MHz}
}

等有时间再更新后面的
2018 / 4 / 4 更新……

我是分割线

好了，我们现在来说一说ADC的配置吧
ADC的配置就没什么值得说的，它没有定时器难理解
直接上代码，注释就是解释

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//GPIO配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//GPIO采用模拟输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//对PA0初始化
//因为我使用的是ADC1_IN0就是通道0，而这对应STM32C8T6的PA0口
//对于其它型号的要具体看芯片手册//ADC配置
ADC_DeInit(ADC1);//重置ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//ADC1和ADC2单独工作，互不影响
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//ADC单次采样，即采样一次就停止
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;  //ADC单通道采样(ENABLE是多通道扫描)
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//软件触发ADC
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;//ADC通道转换数目，我们只用一个ADC，那么就是1
//对于多通道采集才使这个值 >= 2， 取值范围是1~16ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//初始化
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//使能//ADC校准
ADC_ResetCalibration(ADC1);//重置ADC校准器
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));//等待重置结束ADC_StartCalibration(ADC1);//开始校准
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//等待校准完成ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5);

最后一句话是重点
这句话是重点，看函数名就知道是对ADC通道配置的
这里我们就用一个通道，所以就只写一句，如果有多通道，那么就多写几句，参数变一下即可
要知道ADC转换周期是12.5个ADC时钟周期而ADC_SampleTime_1Cycles5就是ADC采样时间为
1.5个周期，所以一共12.5 + 1.5 = 14个周期
14MHz / 14 = 1MHz，这样我们就能得到1MHz最大的采样率了
除了1.5以为，STM固件库还给出了其它的一些稀奇古怪的周期
例如：
7.5
13.5
28.5
41.5
55.5
71.5
239.5

呐，就这，ADC最基本的应用就配置完成了
剩下的就是些不痛不痒的代码了

static u16 Get_ADC_Value()
{ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//软件启动，ADC开始转换while(ADC_GetSoftwareStartConvStatus(ADC1));//等待转换完成return ADC_GetConversionValue(ADC1);//返回得到的ADC值
}

到目前为止ADC的最简单的配置就完成了
下面是我个人的情况，可以选择性阅读
下面是我实力分析为什么在高采样率的情况下，上面这些普通的代码不适合测AC交流

这么说吧，这是我一开始写的代码，目的是为了采集交流信号（这不废话么）
要求是测得10HZ ~ 100KHZ的交流信号的有效值
于是我想采用计算真.有效值的方法进行计算
真.有效值的计算公式是
sqrt( 1/T * ∫ f(x)² dt ) (积分区间是0 ~ T)
将之变成离散的信号处理，那么公式就又积分变到求和
sqrt( 1/n * ∑ f(x)² )（求和的话，那就是从0 ~ n）

那么也就是说我需要采样，一个周期采样n个点，n越多，计算得到的真有效值就越接近真值，跟做个示波器差不多了

如此一来我写了如下的程序

//times表示一个周期采样的个数，即上面说的n
float Get_ADC_EffectiveValue(u8 times)
{float sum = 0.0;//∑ f(x)² float temp = 0.0;//得到返回的ADC值u8 t = 0;for(t = 0; t < times; t++){//12位采样(0xFFF = 4096)，STM32是3.3V供电//所以 3.3 / 0xFFF ≈ 0.000805664temp = (Get_ADC_Value() - 2048) * 0.000805664f;sum += temp * temp;}return (float)sqrt(sum / times);
}

这里我是通过电路将AC信号控制在0 ~ 3.3V，也就是原本的AC信号加上一个DC直流偏置
直流偏置 = VCC / 2，所以我要Get_ADC_Value()之后减去直流偏置，得到原来真实的量

这里再补充一个小细节，再0.000805664后加上个f，意思是告诉CPU这是一个float型常量，别给我弄成个double型了，因为STM32是32位CPU，那么也就是说在32位以下的数据计算速度都差不多。
float占4个字节（32位），double占8个字节（64位），很明显处理float要比double快多了，以后建议能用float就尽量用float

那么好了，我的具体方案是这样的，通过TIM的输入捕获功能来捕捉到信号的上升沿，在通过计算差值得到周期T，我一共捕捉11个上升沿，这样我就得到了10个周期，求平均值后使误差减小
然后ADC开始采样，根据得到的周期来确定一个周期我要采样几个点，就这样
然而后面我发现一系列问题，导致我现在否定了这个方案。

来，我们来分析分析

while(1)
{反复分析;//2333333
}

首先我们的定时计数器是工作在56MHz下的，我设置的可计数值为65535，不分频
那么有可能这个周期比较长，我计数器在从0计数到65535后，还没捕捉到第二个上升沿，那么我的这个计数器就会溢出。不要紧，我设置一个全局变量u8 OverFlow = 0;//记录溢出次数
每当我的计数器溢出的话，OverFlow ++;

我计数的Counter = f_TIM / f_IN
f_TIM表示计数器频率即56MHz，f_IN表示输入信号的频率
假如输入信号频率f_IN = 100KHz，那么Counter = 560，嗯，没什么问题
假如f_IN = 10Hz，那么Counter = 5.6 * 1e6，这个可以么？不会太大么？
OverFlow 最大计数255，所以最大Counter = 255 * 65536，这么看有点看不出来，不是很直观
反过来求一下5.6 * 1e6 / 65536 后向下取整为85，也就是说OverFlow 最大只会计数到85，也不是问题
也有人会问，中断不管么？有时间误差啊！
管什么？最多85 + 1次中断，+1是因为捕获到上升沿。急什么，忽略这个时间误差

假如我只知道f_IN，我想知道我的f_TIM应该设置多少？
这样，我们假设Counter >= 100，那么我计数器从0计数到1的时间间隔t = T_IN / Counter
也就是最小误差(仪器误差)t <= T_IN /100，嗯，1%不到的误差，可以忽略了。
结论一：即当Counter >= 100 时，可以忽略计算周期的误差
那么我就取Counter >= 100
所以f_TIM >= 100 * f_IN，STM32最大72M时钟频率，所以理论上能精确计算的最大输入信号周期的为720KHz。当然，这不是绝对的，你可以通过输入捕获预分频，来扩大这个值，误差还是 1 / Counter这里我们不做过多讨论

由于我们的Counter最小为560，所以根据结论一 可知，一个周期下，输入捕获计算周期的误差忽略，再加上我还通过取平均来减小误差，使得计算得到的误差更小了
结论二：输入捕获计算周期的误差可以忽略不计，不需要管输入捕获了

接下来我们来分析ADC
(嘿嘿嘿！好玩的来了！)

我们得到了输入信号的周期T后，就可以计算一个周期下，ADC采样的次数了
设一个周期内，ADC采样次数为n
则有n = f_ADC / f_IN
f_ADC为ADC的采样频率，f_IN为信号输入频率
那么我们还采用刚才的思路看看，已知f_IN，取n >= 100
则 f_ADC >= 100 * f_IN
确实，前面说过，n越大，越接近积分得到的结果
但是！！！CPU计算也需要时间啊
看看这段代码

 for(t = 0; t < times; t++)// 2n{temp = (Get_ADC_Value() - 2048) * 0.000805664f;// 3nsum += temp * temp;// 3n}

这时候我们就不得不计算程序的时间复杂度了
我就假设+ - * / 都是一样的计算时间，都是一个执行周期(真正的情况下乘除要比加减慢，更不要说你根本不知道编译器翻译成汇编之后会有多少条指令，我这么算算是少的)
t < times 需要n次判断
t++需要n次计算
我就假设Get_ADC_Value()得到值后存入内存不要时间
Get_ADC_Value() - 2048需要n次计算

0.000805664f需要n次计算
赋值到temp需要n次计算
temp * temp需要n次计算
sum + (temp * temp)需要n次计算
赋值到sum需要n次计算
呵呵，一共是8n的时间复杂度

ARM3官方给出的平均计算速度是1.25MIPS/MHz
意思是1MHz频率下，每秒执行1.25M条指令。我们是56MHz主频，那么就是每秒56M * 1.25条指令
执行一条指令需要 1 / (56 * 1.25 * 1e6)
也就是说光是用在计算上的时间就需要
t = 8n / (56 * 1.25 * 1e6) ≈ 0.114n （单位us）
我们来看看n取100时候的情况
t = 11.4us，而对于100KHz信号来说，100KHz = 10us，呵呵，光计算的时间就差了一个周期！！
对于10KHz的信号也会有10%的误差
只有1KHz以下的信号才不会收到影响…………
连采集到的信号都不对，谈什么求和逼近积分……做梦吧，梦里啥都有……
结论三：普通方法不能求得1KHz以上信号的准确真有效值
正所谓鱼和熊掌不可兼得……

但天无绝人之路，我还有DMA！！！意不意外，惊不惊喜！没想到吧！(此处自动脑补表情包)

可是我现在还不会……等我学会了再回来更新，就酱，如果本文对你有收获，想收藏就收藏，想点赞就点赞
未经允许，不得转载，谢谢
未经允许，不得转载，谢谢
未经允许，不得转载，谢谢
重要的事情说三遍！！！

2022 / 5 / 24 （突然）更新……

（看我自己以前写的文章，感觉自己多少有点犯病，继续犯病ing）

前言

关于上文提到的测有效值的讨论，真有效值计算起来多少有些麻烦，但是利用ADC+DMA还是可以做到的，但是我也没再管过。最多用到AD637这块芯片测有效值，虽然不是真有效值，但应付毕设，课设还行，把复杂的事交给专业的吧，开摆！
最近重新捡起STM32，但是没有再用过keil了，而是用起了STM32CubeIDE，利用stm32cubeMX生成基础代码，省去基础配置时间，专心开发应用就行。而且也没再使用过std库了，HAL库确实很香。
下面介绍ADC连续采样+DMA双缓冲，实现DAC生成正弦波，ADC采样，并将波形回传至PC并绘制出来。其中DAC也使用了DMA功能，本篇不介绍（挖坑）
硬件开发平台STM32F407ZET6开发板，时钟频率168MHz，APB1 Timer CLK：84MHz，APB2 Timer CLK：168MHz

预备知识

如果你没有接触过HAL库，那么下面有些词可能听的云里雾里的，这里做一个简单的说明

回调函数：对于一个函数A，我将函数B的函数指针（这个指针指向函数）做为参数传入到函数A中，那么我们称函数B是一个回调函数（Call Back Function）。这样我可以设置不同的回调函数B1，B2，B3……这意味着函数A对不同的函数Bx做出了相同的操作，因此才将其封装起来。当我需要的时候，我只需要传入不同的参数B1，B2，B3……就可以完成不同的操作。在HAL库中，我们往往要编写中断回调函数。当发生中断时，库函数会帮我们判断发生了什么中断，并完成清除标志位等操作，然后调用不同的中断回调函数（HAL_xxxCallback(…)），这些回调函数都是__weak函数，等待用户编写内容。
__weak函数（弱函数）：__weak关键字用来修饰函数或者变量，表示修饰的函数或变量的使用优先级较低。如果我们定义了一个函数或变量，它与关键字__weak修饰的函数或者变量名一致，则优先使用我们定义的，而忽略__weak修饰的。举个例子：

__weak int FuncCallback(int a, int b)
{//do nothingreturn 0;
}//如果我们不重新定义这个函数，那么编译器就会默认使用上面的那个__weak函数
//但如果我们重新定义了FuncCallback这个函数，那么编译器就会使用我们的
int FuncCallback(int a, int b)
{//user codereturn a + b;
}void UserFunc(void)
{int a = 2, b = 3;int retval;retval = FuncCallback(a, b);//2+3=5
}

DMA简介

DMA的传输数据不占用CPU，是外设（例如ADC或者DAC）到内存、内存到外设、内存到内存的一种传输数据手段。以ADC为例，当ADC转换完成后，由ADC向CPU发出DMA请求，CPU将总线权交给DMA，由DMA控制器将数据搬运到内存中，此时CPU可以干其它事情。等到DMA将一组数据搬运完成之后，我们就可以在中断函数里对数据做处理。
假如我们要计算真有效值，我们可以使用DMA先传输一组数据X1，然后CPU对数据X1做运算的同时，DMA开始接收下一组数据X2，等到X2接收完毕，CPU就可以对X2做处理。

DMA双缓冲

所谓的DMA双缓冲，即一个外设对应两个内存地址，记A和B两个内存地址，当从外设传输完一组数据到A内存后，CPU可以对此内存进行操作，同时开启外设到B内存的数据传输，反过来从内存到外设也是一样的，只是传输数据方向不同。这样CPU对内存的操作和DMA传输数据的操作就可以同时进行。
但是基于HAL库的cubeMX生成的代码对DMA双缓冲的支持并不好，相关的回调函数更是没有定义，用户需要自己设置。但这并不意味着没法实现DMA双缓冲，原因就在于HAL库有大量的HAL_xxxHalfCpltCallback（）函数（传输一半回调函数——Half Complete Call Back）
如果我们使用第一种方法，那么我们需要定义两个数组A[10], B[10]，假设长度都是10，那么也就是说，每当DMA传输10个数据到A或者B后，DMA会产生一个中断，CPU就可以处理这10个数据了。假如我们使用第二种方法，我们只需要定义数组C[20]，那么当DMA传输完成一半的时候，也会有个中断，我们同样可以数据处理，开销是一样的。

ADC & DMA配置

ADC单通道连续采样
12bits，数据右对齐
由软件触发（还可以设置为某些TIM的捕获/比较事件）
DMA传输方向：由外设到内存，内存地址自动递增
DMA模式：循环模式。即传输完一组数据后，内存地址重置，从头开始，覆盖原来的数据
DMA传输数据宽度：半字（Half Word = 2 Byte = 16 bit）
采用DMA双缓冲，DMA一边传输数据，CPU一边将数据通过串口发送到PC，由PC绘制波形

具体配置如下图

DMA设置如下（使用DMA的时候，cubeMX强制开启对应中断，如有必要，用户在NVIC中配置优先级即可）

代码配置如下

//File adc.c
……
extern uint16_t ADC_RX_BUF[100];//以100个数据为一组
/* USER CODE BEGIN 1 *///DMA半传输完成回调函数
void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{uint8_t i;if(hadc->Instance == ADC1){for(i = 0; i < 50; i++)//处理一半数据{printf("$%.5f;\n", 3.3 * ADC_RX_BUF[i] / 4095);//发送数据到pc，上位机将数据绘制出来，波特兰设置为460800}}
}//DMA传输完成回调函数
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{uint8_t i;if(hadc->Instance == ADC1){for(i = 50; i < 100; i++)//处理另一半数据{printf("$%.5f;\n", 3.3 * ADC_RX_BUF[i] / 4095);}}
}
/* USER CODE END 1 */
……

//File main.c
……
uint16_t ADC_RX_BUF[100];int main(void)
{//启动ADC，使能DMA，数据长度为100HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)ADC_RX_BUF, 100);while(1){}
}
……

实验结果如下

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DMA双缓冲

ADC & DMA配置

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