代码收藏家 STM32 ADC过采样实验详解
我们之前已经有过一些关于STM32-ADC的笔记和实验代码了，链接如下：
关于ADC的笔记1_Mr_rustylake的博客-CSDN博客
STM32-ADC单通道采集实验_Mr_rustylake的博客-CSDN博客
STM32-单通道ADC采集（DMA读取）实验_Mr_rustylake的博客-CSDN博客
STM32-ADC多通道输入实验_Mr_rustylake的博客-CSDN博客
首先简单介绍一下过采样。对于12位的STM32，其所能分辨的最小电压（即最小刻度）为3.3V / 2^12 = 0.0008V。在不改进硬件的情况下，可以通过过采样和求均值的方式提供ADC分辨率。
根据增加的分辨率位数计算过采样分辨率频率的方程：
fos = 4^w * fs，fos是过采样频率，w是希望增加的分辨率位数，fs是初始采样频率要求。
比如从12位提升ADC分辨率到16位分辨率，采样频率就要提高256倍。将采样结果求和，再将求和结果右移N位（N为用户想提升的位数，本例中为4），就能得到提高分辨率的结果了，这个过程称为抽取。
本次ADC过采样实验的实验要求是：通过ADC1通道1(PA1)过采样实现16位分辨率采集电压，并显示ADC转换的数字量和转换后的电压值。
首先确定我们的最小刻度，Vref = 3.3V，所以0V <= Vin <= 3.3V，所以最小刻度是3.3V / 65536（2^16）。
接下来确定转换时间。采样时间1.5个ADC时钟周期为例，可以得到转换时间为1.17 * 256us。
时间转换公式参考如下公式：Tcvtmin=（12.5+X）周期=(12.5 + X)/(12MHz)=1.17us。
接下来编写实验代码：
先编写函数文件adc.c：
#include "./BSP/ADC/adc.h"
ADC_HandleTypeDef g_adc_handle;
DMA_HandleTypeDef g_dma_handle;
uint8_t g_adc_dma_sta; //标志DMA的传输是否完成
void adc_dam_init(uint32_t mar){
ADC_ChannelConfTypeDef adc_ch_conf;
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
g_dma_handle.Instance = DMA1_Channel1;
g_dma_handle.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY; //外设到内存
g_dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE; //因为选取的是DMA1的数据寄存器，选择不增量
g_dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; //对于存储器需要存储多个数据，所以选择增量模式
g_dma_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD; //外设数据位宽，我们选择16位半字（全字可以理解为全角中文字符）
g_dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD; //存储器数据位宽，我们也选择16位半字
g_dma_handle.Init.Mode = DMA_NORMAL; //选择普通模式，因为在传输完成之后我们需要进行进一步操作现实我们获取到的值，所以选择normal
g_dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM; //只有1个DMA随便选
HAL_DMA_Init(&g_dma_handle);
//联系DMA和ADC的句柄
__HAL_LINKDMA(&g_adc_handle, DMA_Handle, &g_dma_handle); //第二个参数为第一个ADC句柄的第三个成员，指向对应的DMA句柄
g_adc_handle.Instance = ADC1;
g_adc_handle.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; //右对齐
g_adc_handle.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE; //不扫描
g_adc_handle.Init.ContinuousConvMode = ENABLE; //连续模式
g_adc_handle.Init.NbrOfConversion = 1; //转换通道数为1，单通道
g_adc_handle.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE; //不用间断模式
g_adc_handle.Init.NbrOfDiscConversion = 0; //无间断模式则无间断通道
g_adc_handle.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; //外部软件触发
HAL_ADC_Init(&g_adc_handle);
adc_ch_conf.Channel = ADC_CHANNEL_1;
adc_ch_conf.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; //转换顺序
adc_ch_conf.SamplingTime = ADC_SMAPLINGTIME_1CYCLES_5; //设置为最大值
HAL_ADC_ConfigChannel(&g_adc_handle, &adc_ch_conf);
HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel1_IRQn, 2, 3);
HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel1_IRQn);
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&g_adc_handle);
HAL_DMA_Start_IT(&g_dma_nch_handle, (uint32_t)&ADC1->DR, mar, 0);
HAL_ADC_Start_IT(&g_adc_nch_handle, &mar, 0);
}
void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef *hadc){
if(hadc->Instance == ADC1){
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
RCC_PeriphCLKInitTypeDef adc_clk_init = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //使能ADC时钟
__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE(); //使能GPIO时钟
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_1;
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG; //模拟模式
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
adc_clk_init.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC; //选择ADC外设时钟设置
adc_clk_init.AdcClockSelection = RCC_ADCPCLK2_DIV6; //选择6分频,72/6=12MHz
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&adc_clk_init, &g_adc_handle);
}
}
uint32_t adc_get_result(void){
HAL_ADC_Start(&g_adc_handle);
HAL_ADC_PollForConversion(&g_adc_handle, 10); //第二个参数比1大就行
return (uint16_t)HAL_ADC_GetValue(&g_adc_handle);
}
uint32_t adc_get_result_average(uint32_t ch, uint8_t times){
uint32_t temp_val = 0;
uint8_t t;
for(t = 0; t < times; t++){
temp_val += adc_get_result();
delay_ms(5);
}
return temp_val / times;
}
void adc_dma_enable(uint16_t cndtr){
/*
ADC1->CR2 &= ~(1 << 0); //关闭ADC
DMA1_Channel1->CCR &= ~(1 << 0);//关闭DMA
while(DMA1_Channel1->CCR & (1 << 0));
DMA1_Channel1->CNDTR = cndtr;
DMA1_Channel1->CCR |= (1 << 0); //开启DMA
ADC1->CR2 |= (1 << 0); //开启ADC
ADC1->CR2 |= (1 << 22); //触发规则组转换
*/
//hal库法
__HAL_ADC_DISABLE(&g_adc_nch_handle);
__HAL_DNA_DISABLE(&g_dma_nch_handle);
while(__HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_nch_handle, __HAL_DMA_GET_FLAG_INDEX(&g_dma_nch_handle)));
DMA1_Channel1->CNDTR = cndtr;
__HAL_DMA_ENABEL(&g_dma_nch_handle);
__HAL_ADC_ENABLE(&g_adc_nch_handle);
HAL_ADC_Start(&g_adc_nch_handle);
}
void DMA1_Channel1_IRQHandle(void){
if(DMA1->ISR & (1 << 1)){
g_adc_dma_sta = 1;
DMA1->IECR |= 1 << 1;
}
}接下来是函数头文件adc.h：
#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H
#include "SYSTEM/sys/sys.h"
#include "BSP/DMA/dma.h"
extern ADC_HandleTypeDef g_adc_handle;
void adc_dam_init(uint32_t mar);
void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef *hadc);
uint32_t adc_get_result(void);
uint32_t adc_get_result_average(uint32_t ch, uint8_t times);
void adc_dma_enable(uint16_t cndtr);
void DMA1_Channel1_IRQHandle(void);
#endif接下来是主函数代码main.c：
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./USMART/usmart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/ADC/adc.h"
/* ADC过采样技术, 是利用ADC多次采集的方式, 来提高ADC精度, 采样速度每提高4倍
* 采样精度提高 1bit, 同时, ADC采样速度降低4倍, 如提高4bit精度, 需要256次采集
* 才能得出1次数据, 相当于ADC速度慢了256倍. 理论上只要ADC足够快, 我们可以无限
* 提高ADC精度, 但实际上ADC并不是无限快的, 而且由于ADC性能限制, 并不是位数无限
* 提高结果就越好, 需要根据自己的实际需求和ADC的实际性能来权衡.
*/
#define ADC_OVERSAMPLE_TIMES 256 /* ADC过采样次数, 这里提高4bit分辨率, 需要256倍采样 */
#define ADC_DMA_BUF_SIZE ADC_OVERSAMPLE_TIMES * 10 /* ADC DMA采集 BUF大小, 应等于过采样次数的整数倍 */
uint16_t g_adc_dma_buf[ADC_DMA_BUF_SIZE]; /* ADC DMA BUF */
extern uint8_t g_adc_dma_sta; /* DMA传输状态标志, 0,未完成; 1, 已完成 */
extern ADC_HandleTypeDef g_adc_dma_handle; /* ADC（DMA读取）句柄 */
int main(void)
{
uint16_t i;
uint32_t adcx;
uint32_t sum;
float temp;
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
delay_init(72); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
adc_dma_init((uint32_t)&g_adc_dma_buf); /* 初始化ADC DMA采集 */
adc_channel_set(&g_adc_dma_handle, ADC_ADCX_CHY, ADC_REGULAR_RANK_1, ADC_SAMPLETIME_1CYCLE_5); /* 设置ADCX对应通道采样时间为1.5个时钟周期, 已达到最高的采集速度 */
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "ADC OverSample TEST", RED);
lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "ADC1_CH1_VAL:", BLUE);
lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "ADC1_CH1_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */
adc_dma_enable(ADC_DMA_BUF_SIZE); /* 启动ADC DMA采集 */
while (1)
{
if (g_adc_dma_sta == 1)
{
/* 计算DMA 采集到的ADC数据的平均值 */
sum = 0;
for (i = 0; i < ADC_DMA_BUF_SIZE; i++) /* 累加 */
{
sum += g_adc_dma_buf[i];
}
adcx = sum / (ADC_DMA_BUF_SIZE / ADC_OVERSAMPLE_TIMES); /* 取平均值 */
adcx >>= 4; /* 除以2^4倍, 得到12+4位 ADC精度值, 注意: 提高 N bit精度, 需要 >> N */
/* 显示结果 */
lcd_show_xnum(134, 110, adcx, 5, 16, 0, BLUE); /* 显示ADCC采样后的原始值 */
temp = (float)adcx * (3.3 / 65536); /* 获取计算后的带小数的实际电压值，比如3.1111 */
adcx = temp; /* 赋值整数部分给adcx变量，因为adcx为u16整形 */
lcd_show_xnum(134, 130, adcx, 1, 16, 0, BLUE); /* 显示电压值的整数部分，3.1111的话，这里就是显示3 */
temp -= adcx; /* 把已经显示的整数部分去掉，留下小数部分，比如3.1111-3=0.1111 */
temp *= 1000; /* 小数部分乘以1000，例如：0.1111就转换为111.1，相当于保留三位小数。 */
lcd_show_xnum(150, 130, temp, 3, 16, 0X80, BLUE); /* 显示小数部分（前面转换为了整形显示），这里显示的就是111. */
g_adc_dma_sta = 0; /* 清除DMA采集完成状态标志 */
adc_dma_enable(ADC_DMA_BUF_SIZE); /* 启动下一次ADC DMA采集 */
}
LED0_TOGGLE();
delay_ms(100);
}
}到这里我们的实验代码就编写完了。
