STM32使用ADC+DMA进行多通道模拟量采集 （踩坑及通俗解析）

​ 利用STM32的片上外设可采集多个模拟量（如传感器数值），并在嵌入式程序中使用。如果只使用了一个通道，用时令ADC转换而后读取DR寄存器即可。多通道时，可利用ADC+DMA可实时，有序的转存多通道数据至程序内存（数组），用时可随时访问并索引到对应通道。

CubeMX配置

1. 时钟配置如下：

   ​ 原先经常忽视时钟的信息，这里注意一下ADC1，2，3的时钟频率，其于ADC采样时间有关。如果时钟配置的很高，那么选择1.5Cycles可能不满足最小转换时间，产生错误不易debug。

   

2. ADCs配置如下：

   ​ ADC1的独立模式工作逻辑：一个ADC外设（ADC1）对应一个缓存（DR寄存器），同时采集多个通道指按配置的顺序依次将模拟量转换位数字量，然后储存在外设所谓的"共享内存"——DR寄存器中，DR的值被硬件不断的覆盖写入，在恰当时刻读取DR中的值，可得到对应通道的数据。通过一系列硬件中断信号，标志位等，可保证DR中读取的数据与期望的通道相对应。总而言之，DR成为了安全队列。

   ​ 各个选项含义见表格。

   

   ADCs_Common_Settings（ADC基础设置）
   Mode（工作模式）	Independent mode（独立模式）	在同一引脚上仅有一个ADC在采集模拟信号
   ADC_Settings（ADC设置）
   Data Alignment（数据对齐）	Right alignment（数据右对齐）/Left alignment（数据左对齐）
   Scan Conversion Mode（扫描模式）	ENABLE（使能）/DISABLE（禁止）	#当有多个通道需要采集信号时必须开启扫描模式，此时ADC将会按设定的顺序轮流采集各通道信号
   Continuous Comverion Mode（连续转换模式）	ENABLE（使能）/DISABLE（禁止）	#连续转换模式将会在上一次ADC转换完成后立即开启下一次转换
   Discontinuous Comverion Mode（单次转换模式）	ENABLE（使能）/DISABLE（禁止）	#单次转换模式ADC只采集一次数据就停止采集，使用单次转换模式需要转换通道数大于1
   Number Of Discontinuous Conversions（单次转换次数）		#此项设置为单次转换模式的附属设置，需要使能单次转换模式
   ADC_Regular_ConversionMode（规则通道模式）
   Enable Regular Conversions（规则通道控制）	ENABLE（使能）、DISABLE（禁止）	#需要使能规则通道控制才可以进一步对规则通道的使用进行配置
   Number Of Conversion（ADC转换通道数）		#按照实际使用的通道数进行选择，会影响可供设置的通道数量
   External Trigger Conversion Source（外部触发转换模式）	Regular Conversion Launched by software（软件控制触发）	#ADC需要在接收到到触发信号后才开始模数转换，可以被定时器触发、外部中断触发、软件触发
   RANK（模拟信号采集及转换的次序）
   Channel（ADC转换通道）
   Sampling Time（采样周期）		#ADC采样时间计算公式：TCONV=采样周期+12.5各周期
   ADC_Injected_ConversionMode（注入通道模式）		#一般情况下不需要使用注入通道，可以将注入通道认为是ADC中断，即打断规则通道的采样进程执行注入通道的采样
   Enable Regular Conversions（注入通道控制）	ENABLE（使能）、DISABLE（禁止）	#需要使能注入通道控制才可以进一步对注入通道进行配置
   Number Of Conversion（ADC注入转换通道数）		#按照实际使用的通道数进行选择，会影响可供设置的注入通道数量
   External Tigger Source（外部触发模式）
   Injected Conversion Mode（注入转换通道模式）
   Rank（注入转换通道大于0时才可对其配置，后面的数字代表顺序）
   Channel（转换通道）
   Sampling Time（转换时间）
   Injected Offset（注入通道偏移量）
   WatchDog（看门狗）
   Enable Analog WatchDog Mode（使能模拟量看门狗模式）		#需要选中本项才可对看门狗进行进一步的设置
   Watchdog Mode（看门狗模式）	Single regular channel 　Single injected channel 　　　　Single regular or injected channel	（监测单一通道的规则通道） （监测单一通道的注入通道） （监测单一通道的规则及注入通道）
   Analog WatchDog Channel（看门狗通道）
   High Threshold（高阈值）
   Low Threshold（低阈值）
   Interrupt Mode（看门狗中断）

3. DMA配置如下

   由于开始不太理解DMA几个配置的含义，曾在这里踩了很多坑，对应在程序中说明。

   

4. 因为没有使用中断，NVIC Settings中我把中断关闭了。

5. 程序使用

   • 自动生成代码有时有坑：main中有系统生成的各外设初始化函数调用

     /* Initialize all configured peripherals */
     MX_GPIO_Init();
     MX_DMA_Init();
     MX_ADC1_Init();
     MX_DAC_Init();
     MX_UART4_Init();
     MX_USART3_UART_Init();
     ......
     

     检查MX_DMA_Init();是否在MX_ADC1_Init();之前调用，默认情况我的在后面，后发现DMA功能异常，手动更改顺序后正常

   • 启用ADC转换，DMA模式
     开一个数组存数，main中while前调用两个库函数开启外设即可。业务中随时访问数组得到ADC转换值。

     uint16_t testbuffer[4]={0};
     while(HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1)!=HAL_OK);
     while(HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)&testbuffer,4)!=HAL_OK);
     

     调用HAL库函数HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t*)&testbuffer,4)开启了配置好的ADC和DMA，其中：

     hadc1为外设的句柄，很好理解。

     testbuffer是DMA搬运的目的内存。 我希望testbuffer[0]~[3]分别存入四个通道的转换数据，因此创建了size为4的数组，函数第三个参数设置为4，并勾选了Memory下Increment Address选项框。Increment Address使得每搬运一次DR寄存器的数据后，搬运目的地的起始地址向后偏移一个Data With，注意这里是CubeMX配置的Data With而不是函数形参的类型宽度或目的数组的元素宽度。第三个参数为4告诉DMA搬运四次为一个循环，如果没有配置Circle模式，4次后停止。下次调用重新启用，从testbuffer地址重新写入。Circle模式下，四次搬运四次后自动重新开启，即目的地址回到testbuffer。

     ​ 函数形参类型是uint32_t*，起初把我迷惑了，创建了uint32_t类型的数组以存放DMA搬运的数据。实际上，貌似函数只使用了传入的首地址。为了便于直接使用，这里的数据类型应与DMA配置的Data Width对应。我使用的MCU其ADC转换精度为12位，因此使用HalfWord(16bit)足以，因此配置时两边都使用了默认的HalfWord，该配置使DMA每次从ADC搬运16bit数据到地址testbuffer，下一波数据搬运到testbuffer+16bit的地址中，再下一次到testbuffer+2*16bit。如果testbuffer是uint32_t类型的，并不影响数据搬运行为，但访问testbuffer[0]时，得到的uint32_t类型的数值是通道ch1和ch2合并而来的，还要取高16位和低16位将两帧分开。对于每一帧，低12位是数据，剩余的4位被0填充。

     ​ testbuffer的size不应小于第三个参数，否则数组越界。数组可以很大，但只循环使用前面的几段。有些程序采集四个通道，用size为400的数组，DMA也依次搬运400次，这时数组中同时保存了连续时间内的100组“四个通道的数据”，可对每个通道求取平均值当作检测值。

     ​ 在上述配置下，启动后ADC时刻转换着外界模拟量的值，DMA不停搬运数据，而DMA请求不同于中断请求，高频的DMA转换并不会不占用CPU，testbuffer[]中被这个硬件进程不断刷新着数据。可近似认为访问testbuffer[]时得到的是ADC转换的实时值。