STM32单片机实现DMA+ADC+UART功能

2021-12-31 来源：eefocus

突然想测试一下STM32单片机ADC采样速率问题，按照常规方法，可以通过ADC采样，然后将采样值打印出来。但是这种方法在处理和打印数据的时候会占用很多时间，导致处理数据的时间超过了ADC的采样时间。于是想到了ADC采样的数据用DMA功能存储，并通过串口打印。但是串口打印依然要占用单片机时间，那能不能串口数据的输出也采用 DMA功能呢？这样ADC采样的数据通过DMA直接存储，然后串口通过DMA功能直接输出采样到的数据。这样速度程序执行速度不就极大的提升了吗？说干就干，使用STM32F103C8T6单片机，标准库函数，keil5软件，编写一个测试程序。

首先实现ADC采样并通过DMA存储

#ifndef __ADC_H

#define __ADC_H

#include 'stm32f10x.h'

// 注意：用作ADC采集的IO必须没有复用，否则采集电压会有影响

/********************ADC1输入通道（引脚）配置**************************/

#define ADC_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

#define ADC_CLK RCC_APB2Periph_ADC1

#define ADC_GPIO_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

#define ADC_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA

#define ADC_PORT GPIOA

#define NOFCHANEL 1 //使用一个通道测试

#define ADC_PIN1 GPIO_Pin_0

#define ADC_CHANNEL1 ADC_Channel_0

// ADC1 对应 DMA1通道1，ADC3对应DMA2通道5，ADC2没有DMA功能

#define ADC_x ADC1

#define ADC_DMA_CHANNEL DMA1_Channel1

#define ADC_DMA_CLK RCC_AHBPeriph_DMA1

// ADC1转换的电压值通过MDA方式传到SRAM

extern __IO uint16_t ADC_ConvertedValue[NOFCHANEL];

/**************************函数声明********************************/

void ADCx_Init ( void );

#endif /* __ADC_H */

首先在头文件中定义用到的时钟和端口,如果要修改采样的AD口时，直接在头文件中修改就行，程序中就不需要修改了，方便代码的移植。下面编写ADC代码。

#include 'bsp_adc.h'

__IO uint16_t ADC_ConvertedValue[NOFCHANEL] = {1000};

/**

* @brief ADC GPIO 初始化

* @param 无

* @retval 无

static void ADCx_GPIO_Config( void )

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

// 打开 ADC IO端口时钟

ADC_GPIO_APBxClock_FUN ( ADC_GPIO_CLK, ENABLE );

// 配置 ADC IO 引脚模式

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_PIN1;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

// 初始化 ADC IO

GPIO_Init( ADC_PORT, &GPIO_InitStructure );

}

/**

* @brief 配置ADC工作模式

* @param 无

* @retval 无

static void ADCx_Mode_Config( void )

{

DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

// 打开DMA时钟

RCC_AHBPeriphClockCmd( ADC_DMA_CLK, ENABLE );

// 打开ADC时钟

ADC_APBxClock_FUN ( ADC_CLK, ENABLE );

// 复位DMA控制器

DMA_DeInit( ADC_DMA_CHANNEL );

// 配置 DMA 初始化结构体

// 外设基址为：ADC 数据寄存器地址

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ( u32 ) ( & ( ADC_x->DR ) );

// 存储器地址

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = ( u32 )ADC_ConvertedValue;

// 数据源来自外设

DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;

// 缓冲区大小，应该等于数据目的地的大小

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = NOFCHANEL;

// 外设寄存器只有一个，地址不用递增

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;

// 存储器地址递增

DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;

// 外设数据大小为半字，即两个字节

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;

// 内存数据大小也为半字，跟外设数据大小相同

DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;

// 循环传输模式

DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;

// DMA 传输通道优先级为高，当使用一个DMA通道时，优先级设置不影响

DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;

// 禁止存储器到存储器模式，因为是从外设到存储器

DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;

// 初始化DMA

DMA_Init( ADC_DMA_CHANNEL, &DMA_InitStructure );

// 使能 DMA 通道

DMA_Cmd( ADC_DMA_CHANNEL, ENABLE );

// ADC 模式配置

// 只使用一个ADC，属于单模式

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

// 扫描模式

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE ;

// 连续转换模式

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

// 不用外部触发转换，软件开启即可

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

// 转换结果右对齐

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

// 转换通道个数

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = NOFCHANEL;

// 初始化ADC

ADC_Init( ADC_x, &ADC_InitStructure );

// 配置ADC时钟Ｎ狿CLK2的8分频，即9MHz

RCC_ADCCLKConfig( RCC_PCLK2_Div8 );

// 配置ADC 通道的转换顺序和采样时间

ADC_RegularChannelConfig( ADC_x, ADC_CHANNEL1, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5 );

// 使能ADC DMA 请求

ADC_DMACmd( ADC_x, ENABLE );

// 开启ADC ，并开始转换

ADC_Cmd( ADC_x, ENABLE );

// 初始化ADC 校准寄存器

ADC_ResetCalibration( ADC_x );

// 等待校准寄存器初始化完成

while( ADC_GetResetCalibrationStatus( ADC_x ) );

// ADC开始校准

ADC_StartCalibration( ADC_x );

// 等待校准完成

while( ADC_GetCalibrationStatus( ADC_x ) );

// 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换

ADC_SoftwareStartConvCmd( ADC_x, ENABLE );

}

/**

* @brief ADC初始化

* @param 无

* @retval 无

void ADCx_Init( void )

{

ADCx_GPIO_Config();

ADCx_Mode_Config();

}

/*********************************************END OF FILE**********************/

设置ADC为DMA传输，将采样的数据由DMA自动存储到 ADC_ConvertedValue[ ] 数组中，这里虽然只使用了一个ADC采样通道，但是定义了一个数组来存放采样结果，如果想要实现多通道采样值，只需要将其他通道的初始化代码添加上，同时将数组长度，也就是通道数修改一下就可以使用了。初始化ADC和DMA后，ADC采样并通过 DMA传输的功能就可使用了。然后串口输出数据的时候直接从ADC的采样结果的数组中取值就可以了。

下面编写串口相关代码

#ifndef __USART_H

#define __USART_H

#include 'stm32f10x.h'

#include

// 串口1-USART1

#define DEBUG_USARTx USART1

#define DEBUG_USART_CLK RCC_APB2Periph_USART1

#define DEBUG_USART_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd

#define DEBUG_USART_BAUDRATE 921600

// USART GPIO 引脚宏定义

#define DEBUG_USART_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOA)

#define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd

#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT GPIOA

#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN GPIO_Pin_9

#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT GPIOA

#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN GPIO_Pin_10

将串口的端口和时钟也使用宏定义的方式，如果要改为其他串口输出时，直接修改头文件就行。下来初始化串口。

void USART_Config( void )

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

// 打开串口GPIO的时钟

DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd( DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE );

// 打开串口外设的时钟

DEBUG_USART_APBxClkCmd( DEBUG_USART_CLK, ENABLE );

// 将USART Tx的GPIO配置为推挽复用模式

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init( DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure );

// 将USART Rx的GPIO配置为浮空输入模式

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init( DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure );

// 配置串口的工作参数

// 配置波特率

USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;

// 配置针数据字长

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

// 配置停止位

USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

// 配置校验位

USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;

// 配置硬件流控制

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =

USART_HardwareFlowControl_None;

// 配置工作模式，收发一起

USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

// 完成串口的初始化配置

USART_Init( DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure );

// 使能串口

USART_Cmd( DEBUG_USARTx, ENABLE );

}

下来设置串口为DMA输出

#ifndef __DMA_H

#define __DMA_H

#include 'stm32f10x.h'

// 串口对应的DMA请求通道

#define USART_TX_DMA_CHANNEL DMA1_Channel4

// 外设寄存器地址

//#define USART_DR_ADDRESS (USART1_BASE+0x04) //使用地址偏移值

#define USART_DR_ADDRESS ((u32)&USART1->DR) //直接使用寄存器地址

// 一次发送的数据量

#define SENDBUFF_SIZE 6

extern uint8_t SendBuff[SENDBUFF_SIZE];

void USARTx_DMA_Config(void);

void USARTx_DMA_Restart( void );

#endif

在头文件中定义串口发送端的 DMA通道，将串口数据寄存器作为DMA源地址，将SendBuff[ ]数组中的内容作为内存地址，数据方向为内存到源，这样就直接将SendBuff[ ]数组中的数据通过DMA直接传输到了串口中。

void USARTx_DMA_Config(void)

{

DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

// 开启DMA时钟

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);

// 设置DMA源地址：串口数据寄存器地址*/

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = USART_DR_ADDRESS;

// 内存地址(要传输的变量的指针)

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)SendBuff;

// 方向：从内存到外设

DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;

// 传输大小

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = SENDBUFF_SIZE ;

// 外设地址不增

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;

// 内存地址自增

DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;

// 外设数据单位

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;

// 内存数据单位

DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;

// DMA模式，一次或者循环模式

DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal ; //发送一次数据

//DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //循环发送数据

// 优先级：中

DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;

// 禁止内存到内存的传输

DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;

// 配置DMA通道

DMA_Init(USART_TX_DMA_CHANNEL, &DMA_InitStructure);

// 使能DMA

DMA_Cmd (USART_TX_DMA_CHANNEL,ENABLE);

}

//重新启动串口 DMA

void USARTx_DMA_Restart( void )

{

//重新开启DMA传输

DMA_Cmd( USART_TX_DMA_CHANNEL, DISABLE );

DMA_SetCurrDataCounter( USART_TX_DMA_CHANNEL, SENDBUFF_SIZE ); //重新设置传输的数据数量

DMA_Cmd( USART_TX_DMA_CHANNEL, ENABLE ); //开启DMA传输

}

将DMA传输设置为单次传输模式，因为转换后的数据为16进制数据，为了方便在串口助手上观看数据，需要将16进制转换为字符串打印出来，所以每次每次在串口DMA传输数据的前，将数据转换为字符串，然后再打开 DMA传输功能，将数据通过串口发送出去。所以DMA传输时不能设置为循环发送，需要每次将数据格式转换完成后才能发送。发送完一次数据后，需要重新设置DMA传输数据的数量，然后重新启动一次 DMA传输。

int main( void )

{

char str[5];

/* LED 端口初始化 */

LED_GPIO_Config();

/*初始化USART 配置模式为 115200 8-N-1，中断接收*/

USART_Config();

ADCx_Init();

/* DMA传输配置 */

USARTx_DMA_Config();

/* USART1 向 DMA发出TX请求单次发送模式 */

USART_DMACmd( DEBUG_USARTx, USART_DMAReq_Tx, ENABLE );