代码收藏家技术教程 2025-06-12

STM32外设AD定时器触发DMA读取模板详解

STM32外设AD-定时器触发 + DMA读取模板

一，方法思路

二，定时器基础与配置

1，定时器时钟源 (Clock Source)

2，预分频器 (Prescaler – PSC)

3，自动重装载寄存器 (Auto-Reload Register – ARR) / 周期 (Period)

4，触发输出 (Trigger Output – TRGO)

三，CubeMX配置

四，代码实现

五，关键优势与注意事项

1，主要优势：

2，注意事项：

一，方法思路

前面两种方法各有优劣。轮询法效率低，DMA+定时处理法数据处理不够实时。当我们需要以较为固定的频率进行 ADC 采样，并在采集完一批数据块后进行集中处理时，可以结合定时器、DMA 和中断。

这种方法的思路是：

定时器 (Timer) 作为"启动信号" (可选，或由软件触发): 可以配置一个定时器以固定频率产生触发信号（TRGO），启动 ADC 转换序列。或者，转换序列由软件直接启动。ADC 配置为外部触发模式（如果使用定时器）或软件触发。
DMA “搬运工”: 配置 DMA 通道，在每次 ADC 转换完成后（或根据触发信号），自动将结果从 ADC 数据寄存器搬运到内存缓冲区 (DMA Buffer)。DMA 通常设置为普通模式 (Normal Mode) 或一次传输后停止。
DMA 中断报告"整批送达": 配置 DMA，使其在完成一次完整的缓冲区传输（填满整个 DMA Buffer）时产生一个传输完成中断 (Transfer Complete Interrupt – TC)。
中断服务程序 (ISR) “标记完成”: 在 DMA 的 TC 中断服务程序中（通常在 HAL_ADC_ConvCpltCallback 回调中体现）：
4.1 停止 DMA 传输 (HAL_ADC_Stop_DMA)。
4.2 设置一个标志位 (Flag)，通知主循环或后台任务：“一个数据块已采集完成！”
后台任务处理并重启: 主循环或后台任务检测到标志位后：
5.1 清空标志位。
5.2 处理 DMA 缓冲区中的数据（例如，提取、计算、滤波等）。
5.3 处理完成后，重新启动 ADC 的 DMA 传输 (HAL_ADC_Start_DMA)，准备采集下一个数据块。

类比：你命令一个机器人 (DMA+ADC) 去收集指定数量 (BUFFER_SIZE) 的样本。机器人收集完毕后，会举起一个牌子 (设置 Flag) 并停下工作 (HAL_ADC_Stop_DMA)。你 (CPU) 看到牌子后，走过去取走机器人收集的所有样本进行处理。处理完后，你再次命令机器人开始新一轮的收集 (HAL_ADC_Start_DMA)。

这种方式允许在采集间隙处理数据，但处理和重启 DMA 期间可能会丢失连续信号。适用于对数据块进行分析处理，而非严格连续实时处理的场景。

二，定时器基础与配置

上面的方法需要定时器精确控制每次数据块采集的启动频率，你需要根据期望的数据块采集间隔来设置定时器的触发频率。如何设置呢？

1，定时器时钟源 (Clock Source)

定时器需要一个稳定的时钟源来计数。通常选择内部时钟 (Internal Clock)，其频率与 APB 总线时钟相关（例如，如果 APB1 时钟是 72MHz，那么 TIM3 的时钟基频通常也是 72MHz 或其倍频）。

2，预分频器 (Prescaler – PSC)

定时器的输入时钟频率可能很高（如 72MHz）。预分频器允许你对输入时钟进行分频，得到一个较低的计数频率 (Counter Clock)。

Counter Clock = Timer Clock / (Prescaler + 1)

例如，Timer Clock = 72MHz，Prescaler = 71，则 Counter Clock = 72,000,000 / (71 + 1) = 1,000,000 Hz = 1MHz。这意味着计数器每 1 微秒 (µs) 计一次数。

3，自动重装载寄存器 (Auto-Reload Register – ARR) / 周期 (Period)

ARR 决定了计数器从 0 计数到多少时产生一个"溢出"或"更新"事件 (Update Event – UEV)，并自动重新从 0 开始计数。这个值决定了更新事件的频率：

Update Event Frequency = Counter Clock / (ARR + 1)

继续上面的例子，Counter Clock = 1MHz。如果我们想每 10ms (即 100Hz) 触发一次 ADC 块采集，那么：

100 Hz = 1,000,000 Hz / (ARR + 1)

解得 ARR + 1 = 10000，所以 ARR = 9999。

通过组合 PSC 和 ARR，我们可以精确地配置出所需的触发频率。

4，触发输出 (Trigger Output – TRGO)

定时器可以将内部的多种事件（如更新事件 UEV、比较匹配事件等）作为触发信号输出给其他外设（如 ADC、DAC）。我们需要将 TRGO 设置配置为"Update Event"，这样每次计数器溢出时，就会产生一个触发信号。

说明：此处输入的应为定时器的实际输入时钟频率，通常是经过 APB 总线分频后的频率（例如，若 APB1 时钟为 72MHz 且定时器时钟未被进一步分频，则输入 72），而不是 CPU 的主频（如 180MHz）。请查阅您的 MCU 数据手册和 CubeMX 配置确定正确的定时器时钟源频率。

三，CubeMX配置

定时器配置

基础参数配置

DMA设置改为自然模式

开启中断

总结：
1，配置 ADC:
如果使用定时器触发，设置 “External Trigger Conversion Source” 和 “Edge”。
如果采样多个通道，配置 Scan Conversion Mode 和通道顺序。根据代码 adc_val_buffer[i * 2 + 1] 的用法，似乎配置了至少两个通道进行扫描转换。
“Continuous Conversion Mode” 应设置为 Disabled。
配置 DMA (在 ADC 的 DMA Settings 页):
2，添加 DMA 请求，选择通道。
设置 Mode 为 Normal。DMA 完成 BUFFER_SIZE 次传输后会自动停止，直到被软件重新启动。
Peripheral 和 Memory 的 Data Width 通常设置为 Word (32-bit)。
Memory 地址递增 (Increment Address: Memory)。
3，启用中断 (在 NVIC Settings 页):
启用与 ADC 关联的 DMA 通道的中断 (例如 DMA1 Channel1)。
启用 ADC 全局中断。

四，代码实现

// --- 宏定义和外部变量 ---
#define BUFFER_SIZE 1000        // DMA 缓冲区大小 (总点数)

extern DMA_HandleTypeDef hdma_adc1; // 假设这是 ADC1 对应的 DMA 句柄
extern ADC_HandleTypeDef hadc1;    // ADC1 句柄
extern UART_HandleTypeDef huart1; // 用于 my_printf 的 UART 句柄

// --- 全局变量 ---
uint32_t dac_val_buffer[BUFFER_SIZE / 2]; // 用于存储处理后的 ADC 数据
__IO uint32_t adc_val_buffer[BUFFER_SIZE]; // DMA 目标缓冲区 (存储原始 ADC 数据)

__IO uint8_t AdcConvEnd = 0;             // ADC 转换完成标志 (一个块完成)

// --- 初始化函数 (在 main 或外设初始化后调用) ---
void adc_tim_dma_init(void)
{
    // 启动 ADC 的 DMA 传输，请求 BUFFER_SIZE 个数据点
    // 注意：这里假设 hadc1 已经配置为合适的触发模式 (定时器或软件)
    //       且 DMA 配置为 Normal 模式
    HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_val_buffer, BUFFER_SIZE);

    // 显式禁用 DMA 半传输中断 (如果不需要处理半满事件)
    __HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_adc1, DMA_IT_HT);

    // 注意：如果使用定时器触发，需要在此处或之前启动定时器
    HAL_TIM_Base_Start(&htimX); // 替换 htimX 为实际定时器句柄
}

// --- ADC 转换完成回调函数 (由 DMA TC 中断触发) ---
// 当 DMA 完成整个缓冲区的传输 (Normal 模式下传输 BUFFER_SIZE 个点) 时触发
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    // 检查是否是由我们关心的 ADC (hadc1) 触发的
    if (hadc->Instance == ADC1) // 或 if(hadc == &hadc1)
    {
        HAL_ADC_Stop_DMA(hadc);

        // 设置转换完成标志，通知后台任务数据已准备好
        AdcConvEnd = 1;
    }
}

// --- 后台处理任务 (在主循环或低优先级任务中调用) ---
void adc_task(void)
{
    // 检查转换完成标志
    if (AdcConvEnd)
    {
        // 处理数据: 从原始 ADC 缓冲区提取数据到 dac_val_buffer
        // 示例逻辑：提取扫描转换中第二个通道的数据 (?)
        for(uint16_t i = 0; i < BUFFER_SIZE / 2; i++)
        {
            // 假设 adc_val_buffer[0] 是通道1, adc_val_buffer[1] 是通道2, ...
            dac_val_buffer[i] = adc_val_buffer[i * 2 + 1];
        }

        // 打印处理后的数据 (示例)
        for(uint16_t i = 0; i < BUFFER_SIZE / 2; i++)
        {
            // 注意: my_printf 是自定义函数, 需确保其存在且可用
            my_printf(&huart1, "{dac}%d
", (int)dac_val_buffer[i]);
        }

        // 清理处理后的缓冲区 (可选)
        memset(dac_val_buffer, 0, sizeof(uint32_t) * (BUFFER_SIZE / 2));

        // 清除转换完成标志，准备下一次采集
        AdcConvEnd = 0;

        // 重新启动 ADC 的 DMA 传输，采集下一个数据块
        // 注意: 需要确保 ADC 状态适合重启 (例如没有错误)
        HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_val_buffer, BUFFER_SIZE);
        // 再次禁用半传输中断 (如果 Start_DMA 会重新启用它)
        __HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_adc1, DMA_IT_HT);
    }
}

逻辑分解：
1，缓冲区定义: adc_val_buffer 用于 DMA 直接写入原始 ADC 数据，dac_val_buffer 用于存储处理后的数据。AdcConvEnd 作为块传输完成的标志。
2，初始化 (adc_tim_dma_init): 启动 ADC 的 DMA 传输，请求采集 BUFFER_SIZE 个点。禁用半传输中断。注意：触发 ADC 的定时器（如果使用）也需在此或之前启动。
3，中断回调 (HAL_ADC_ConvCpltCallback):
当 DMA 完成 BUFFER_SIZE 次传输后触发。
设置 AdcConvEnd = 1; 通知后台任务。
4，后台任务 (adc_task):
4.1 检查 AdcConvEnd 标志。
4.2 如果标志为 1：
处理数据：示例中将 adc_val_buffer 中索引为奇数的元素复制到 dac_val_buffer（这通常意味着提取多通道扫描中的某个特定通道的数据）。
打印处理结果。
（可选）清空 dac_val_buffer。
清除 AdcConvEnd 标志。
重新启动 HAL_ADC_Start_DMA，开始采集下一个数据块。
再次禁用 HT 中断。

五，关键优势与注意事项

1，主要优势：

1，实现相对简单：相比 Ping-Pong 缓冲或复杂的环形缓冲区，回调和任务逻辑更直接。
2，块处理：适合需要对固定大小数据块进行整体分析或处理的应用（如 FFT 前的数据准备、特定事件后的快照采集）。
3，低 CPU 占用（采集期间）：数据采集过程由 DMA 完成。

2，注意事项：

1，数据丢失：在 adc_task 处理数据和重新启动 DMA 的期间，ADC 没有在采集数据，会造成数据的不连续性。不适用于需要无缝、连续数据流的应用。
2，处理时间限制：后台任务 (adc_task) 处理数据的时间必须小于期望的数据块采集间隔，否则会延迟下一次采集的启动。
3，DMA 模式：必须确保 DMA 配置为 Normal 模式，以便在传输完指定数量的点后停止并触发 TC 中断。
4，多通道数据交错：如果 ADC 配置为多通道扫描模式，DMA 缓冲区 adc_val_buffer 中将包含所有通道交错的数据。处理时需要根据通道顺序正确提取所需数据（如此示例中提取奇数索引元素）。
5，重启条件：在 adc_task 中重新调用 HAL_ADC_Start_DMA 前，应确保 ADC 和 DMA 处于合适的状态（例如，没有发生错误）。

作者：百里东风

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