STM32 ADC结合DMA数据采样与软件滤波处理

作为一个偏向工控的芯片，ADC采样是一个十分重要的外设。

STM32集成三个12位精度18通道的内部ADC，最高速度1微秒，结合DMA可以解放CPU进行更好的处理。

ADC接口上的其它逻辑功能包括：

●同步的采样和保持

●交叉的采样和保持

●单次采样

模拟看门狗功能允许非常精准地监视一路、多路或所有选中的通道，当被监视的信号超出预置的阀值时，将产生中断。

由标准定时器(TIMx)和高级控制定时器(TIM1和TIM8)产生的事件，可以分别内部级联到ADC的开始触发和注入触发，应用程序能使AD转换与时钟同步。

12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字数字转换器。它有多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。

ADC的输入时钟不得超过14MHZ，它是由PCLK2经分频产生。

如果被ADC转换的模拟电压低于低阀值或高于高阀值，AWD模拟看门狗状态位被设置。

关于ADC采样与DMA关系，引用网上一段解释：

STM32 的优点在哪里？

除去宣传环节，细细分析。

STM32 时钟不算快，72MHZ，

也不能扩展大容量的RAM FLASH，

同样没有 DSP 那样强大的指令集。

它的优势在哪里呢？

---就在快速采集数据，快速处理上。

ARM 的特点就是方便。

这个快速采集，高性能的ADC 就是一个很好的体现，

12 位精度，最快1uS 的转换速度，通常具备2 个以上独立的ADC 控制器，

这意味着，

STM32 可以同时对多个模拟量进行快速采集，

这个特性不是一般的MCU具有的。

以上高性能的 ADC，配合相对比较块的指令集和一些特色的算法支持，

就构成了STM32 在电机控制上的强大特性。

好了，正题，怎末做一个简单的ADC，注意是简单的，

ADC 是个复杂的问题，涉及硬件设计，电源质量，参考电压，信号预处理等等问题。

我们只就如何在MCU内完成一次ADC 作讨论。

谈到 ADC，我们还要第一次引入另外一个重要的设备DMA.

DMA是什么东西呢。

通常在 8 位单片机时代，很少有这个概念。

在外置资源越来越多以后，

我们把一个MCU内部分为主处理器和外设两个部分。

主处理器当然是执行我们指令的主要部分，

外设则是串口 I2C ADC 等等用来实现特定功能的设备

回忆一下，8 位时代，我们的主处理器最常干的事情是什么？

逻辑判断？不是。那才几个指令

计算算法？不是。大部分时候算法都很简单。

事实上，主处理器就是作个搬运工，

把 USART 的数据接收下来，存起来

把 ADC 的数据接收下来，存起来

把要发送的数据，存起来，一个个的往USART 里放。

…………

为了解决这个矛盾，

人们想到一个办法，让外设和内存间建立一个通道，

在主处理器允许下，

让外设和内存直接读写，这样就释放了主处理器，

这个东西就是DMA。

打个比方：

一个MCU是个公司。

老板就是主处理器

员工是外设

仓库就是内存

从前仓库的东西都是老板管的。

员工需要原料工作，就一个个报给老板，老板去仓库里一个一个拿。

员工作好的东西，一个个给老板，老板一个个放进仓库里。

老板很累，虽然老板是超人，也受不了越来越多的员工和单子。

最后老板雇了一个仓库保管员，它就是DMA

他专门负责入库和出库，

只需要把出库和入库计划给老板过目

老板说 OK，就不管了。

后面的入库和出库过程，

员工只需要和这个仓库保管员打交道就可以了。

--------闲话，马七时常想，让设备与设备之间开DMA，岂不更牛X
比喻完成。

ADC 是个高速设备，前面提到。

而且 ADC 采集到的数据是不能直接用的。即使你再小心的设计外围电路，测的离谱的数据总会出现。

那么通常来说，是采集一批数据，然后进行处理，这个过程就是软件滤波。

DMA用到这里就很合适。让ADC 高速采集，把数据填充到RAM 中，填充一定数量，比如32 个，64 个MCU再来使用。

-----多一句，也可以说，单次ADC 毫无意义。

下面我们来具体介绍，如何使用DMA来进行ADC 操作。

初始化函数包括两部分，DMA 初始化和ADC 初始化

我们有多个管理员--DMA

一个管理员当然不止管一个DMA 操作。所以DMA有多个Channel

以下是程序分析：

程序基于STM32F103VET6，库函数实现

RCC部分：（忽略系统时钟配置）

//启动DMA时钟

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);

//启动ADC1时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

GPIO部分：(ADC引脚参见上表)

//ADC_CH10--> PC0

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

// PC2

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

ADC1配置：（两外部输入，另采样内部温度传感器）

void ADC1_Configuration(void)

{

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //转换模式为独立，还有交叉等非常多样的选择
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;  //连续转换开启
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3;    //设置转换序列长度为3，三通道
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

//ADC内置温度传感器使能（要使用片内温度传感器，切忌要开启它）
ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);

//常规转换序列1：通道10
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
//常规转换序列2：通道16（内部温度传感器），采样时间>2.2us,(239cycles)
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 2, ADC_SampleTime_239Cycles5);
   ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 3, ADC_SampleTime_239Cycles5);
   //输入参数：ADC外设，ADC通道，转换序列顺序，采样时间
// Enable ADC1
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
// 开启ADC的DMA支持（要实现DMA功能，还需独立配置DMA通道等参数）
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

// 下面是ADC自动校准，开机后需执行一次，保证精度
// Enable ADC1 reset calibaration register
ADC_ResetCalibration(ADC1);
// Check the end of ADC1 reset calibration register
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

// Start ADC1 calibaration
ADC_StartCalibration(ADC1);
// Check the end of ADC1 calibration
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
// ADC自动校准结束---------------
   ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //ADC启动
}
DMA配置：（无软件滤波）
void DMA_Configuration(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; //DMA外设地址，在头部定义
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&AD_Value;       //内存地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;                //外设至内存模式
//BufferSize=2，因为ADC转换序列有2个通道
//如此设置，使序列1结果放在AD_Value[0]，序列2结果放在AD_Value[1]
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 3;                                        //一次转换三个
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //接受一次后，设备地址不后移
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;       //接受一次后，内存地址后移
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; //每次传输半字
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
//循环模式开启，Buffer写满后，自动回到初始地址开始传输
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);
//配置完成后，启动DMA通道
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
}
此DMA例程用于单次ADC转换，配合软件滤波可做如下改动：
全局声明：
vu16 AD_Value[30][3]; //AD采样值
vu16 After_filter[3]; //AD滤波后
DMA部分：(带中断滤波)
void DMA_Configuration(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&AD_Value;
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
//BufferSize=2，因为ADC转换序列有2个通道
//如此设置，使序列1结果放在AD_Value[0]，序列2结果放在AD_Value[1]
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 90;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
//循环模式开启，Buffer写满后，自动回到初始地址开始传输
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);
//配置完成后，启动DMA通道
DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE); //使能DMA传输完成中断

}
NVIC部分：
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);       // Enable the DMA Interrupt
stm32f10x_it.c文件：
void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC1) != RESET)
{
  filter();
  DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1);
}
}
滤波部分：（均值滤波）
#define N 30
void filter(void)
{
int  sum = 0;
u8 count,i;
for(i=0;i<2;i++)
{
for ( count=0;count<N;count++)
{
   sum += AD_Value[count][i];
}
After_filter[i]=sum/N;
sum=0;
}

}
采样数据与实际电压/温度转换：
u16 GetTemp(u16 advalue)
{
u32 Vtemp_sensor;
s32 Current_Temp;

// ADC转换结束以后，读取ADC_DR寄存器中的结果，转换温度值计算公式如下：
//       V25 - VSENSE
//  T(℃) = ------------  + 25
//          Avg_Slope
// V25：  温度传感器在25℃时的输出电压，典型值1.43 V。
//  VSENSE：温度传感器的当前输出电压，与ADC_DR 寄存器中的结果ADC_ConvertedValue之间的转换关系为：
//          ADC_ConvertedValue * Vdd
//  VSENSE = --------------------------
//          Vdd_convert_value(0xFFF)
//  Avg_Slope：温度传感器输出电压和温度的关联参数，典型值4.3 mV/℃。

Vtemp_sensor = advalue * 330 / 4096;
Current_Temp = (s32)(143 - Vtemp_sensor)*10000/43 + 2500;
return (s16)Current_Temp;
}

u16 GetVolt(u16 advalue)
{

return (u16)(advalue * 330 / 4096);
}
滤波部分思路为：ADC正常连续采样三个通道，由DMA进行搬运，一次搬运90个数据，即为1-2-3-1-2-3循环，每个通道各30次，存在 AD_Value[30][3]中，30为每通道30个数据，3为三个通道，根据二维数组存储方式此过程自动完成。而每当一次DMA过程结束后，触发 DMA完成中断，进入滤波函数将30个数据均值成一个，存入After_filter[3]。整个过程滤波计算需要CPU参与，而在程序中采样结果值随时均为最新，尽力解决程序复杂性和CPU负载。 x=GetVolt(After_filter[0]);即可得到即时电压值。
本文参考：STM32手册，《ADC数据的软件滤波方法及其示例程序》，《下面来讲一下STM32的ADC应用》均来源于互联网