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GD32/STM32 ADC/DMA使用指南

news 来源：原创 2025/5/7 11:43:49

首先我们对ADC及DMA的基础知识作一下简单介绍。

一、 GD32/STM32 ADC模块的核心要点

一）、ADC基础特性

‌12位逐次逼近型‌
GD32/STM32 ADC为12位分辨率，最大量化值为4095（对应3.3V参考电压），支持0-3.3V模拟输入范围。
‌多通道架构‌
- 外部通道：16个（部分型号支持24个外部通道）
- 内部通道：2个（温度传感器、内部参考电压）
‌时钟系统‌
- 模拟时钟（ADCCLK）：由APB2时钟分频（/2、/4、/6、/8）生成，上限14MHz
- 数字时钟：等同于APB2时钟

二）、核心功能模式

‌转换模式‌
- ‌单次转换‌：手动触发单次采样
- ‌连续转换‌：自动循环采样同一通道
- ‌扫描模式‌：自动遍历多通道
‌通道分组机制‌
- ‌规则组‌：常规转换队列（最多16路）
- ‌注入组‌：高优先级中断式转换（最多4路）
‌触发方式‌
- 软件触发
- 硬件触发（TIMER、EXTI等）

三）、数据管理

‌对齐方式‌
- 右对齐：默认模式，数据存于寄存器低12位
- 左对齐：便于快速读取高8位数据
‌校准机制‌
- 上电自校准
- 温度传感器校准（需单独使能）

四）、典型应用配置

// HAL库配置示例（单通道连续转换）
ADC_HandleTypeDef hadc;
hadc.Instance = ADC1;
hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;  // ADCCLK=21MHz
hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
hadc.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;  // 连续转换模式
hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
HAL_ADC_Init(&hadc);

五）、进阶应用方案

‌DMA传输‌
实现多通道数据自动搬运，减少CPU开销
‌定时器触发‌
精确控制采样间隔（适用于波形采集）
‌模拟看门狗‌
设置电压阈值触发中断（过压/欠压保护）

六）、关键注意事项

输入阻抗匹配：建议源阻抗≤10kΩ
抗干扰设计：
- 独立模拟供电引脚（VDDA、VSSA）
- 添加RC滤波电路
- 避免数字信号线平行走线
开启DMA双缓冲模式提升吞吐量
使用过采样技术提高有效分辨率
低温漂外部基准电压（如REF3030）提升精度

七）、关于ADC转换时间计算

转换时间 = (采样周期 + 12.5周期) / ADCCLK
例如：当ADCCLK=21MHz，采样周期=84周期时，总转换时间≈4.59μs37

二、GD32/STM32 DMA 介绍

一）、DMA基础概念

‌定义与作用‌
DMA（Direct Memory Access）是一种无需CPU参与的硬件数据传输机制，可实现外设与内存之间（如ADC数据存入数组）、内存与外设之间（如UART发送数据）或内存与内存之间的高速数据搬运56。其核心作用是释放CPU资源，提升系统实时性与效率。
‌硬件架构‌
- ‌双控制器架构‌：STM32F1系列包含DMA1（7通道）和DMA2（5通道，仅大容量型号支持）
- ‌总线矩阵‌：DMA通过总线矩阵连接AHB总线，实现与外设、存储器的并行访问
- ‌数据流与通道‌：每个DMA控制器包含独立的数据流（Stream），每个数据流可映射至8个硬件通道（如DMA1_Channel4对应UART1_TX）

二）、DMA核心特性

‌传输方向‌
- 外设→存储器（如ADC采集数据）
- 存储器→外设（如SPI发送数据）
- 存储器→存储器（高速数据拷贝）
‌数据管理‌
- ‌数据宽度‌：支持8/16/32位，源与目标宽度可独立配置（自动填充/截断）
- ‌地址递增‌：传输后自动递增源/目标地址，支持非连续数据传输
- ‌循环模式‌：自动重置传输计数器，实现环形缓冲区（适用于连续采样场景）
‌优先级与仲裁‌
- 软件可设4级优先级（很高、高、中、低）
- 硬件仲裁器自动处理同优先级请求

三）、DMA配置流程（以HAL库为例）

// 示例：配置UART通过DMA发送数据
// 1. 使能DMA时钟
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();  // DMA1时钟使能:ml-citation{ref="4,8" data="citationList"}// 2. 初始化DMA参数
DMA_HandleTypeDef hdma_uart_tx;
hdma_uart_tx.Instance = DMA1_Channel4;          // 选择通道
hdma_uart_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; // 存储器→外设
hdma_uart_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;     // 外设地址固定
hdma_uart_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;         // 存储器地址递增
hdma_uart_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE; 
hdma_uart_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
hdma_uart_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;            // 单次传输模式
HAL_DMA_Init(&hdma_uart_tx);// 3. 绑定外设与DMA
__HAL_LINKDMA(&huart1, hdmatx, hdma_uart_tx);  // 关联UART1发送端:ml-citation{ref="4,8" data="citationList"}

四）、典型应用场景

场景	描述	关键配置要点
‌ADC多通道采样‌	循环采集多个传感器数据并存入数组	扫描模式 + DMA循环传输
‌串口大数据传输‌	高速发送/接收数据包（如Modbus通信）	双缓冲机制 + 传输完成中断
‌内存高速拷贝‌	内部Flash到SRAM的固件升级	存储器到存储器模式

五）、关键注意事项

‌时钟使能‌
- 必须使能DMA控制器时钟（如__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE()）和外设时钟
‌中断管理‌
- 使能传输完成/半传输/错误中断，并在中断服务函数中清除标志位
‌数据对齐‌
- 确保源/目标地址对齐（如32位传输时地址需4字节对齐）

三、ADC校正

一）、校准核心流程

‌基础校准（标准模式）‌
- 上电后执行基础校准，消除电容误差
- ‌操作步骤‌：
  ① ADC上电（ADON=1）但未启动转换
  ② 执行校准命令（ADC_StartCalibration(ADC1)）
  ③ 等待校准完成标志位
‌内部参考电压校准‌
- 利用内置VREFINT通道（通道17）实现动态精度补偿
- ‌实现逻辑‌：
  ① 测量VREFINT通道原始值（典型值约1.2V）
  ② 计算比例因子：Scale = VREFINT_实际值 / ADC_VREFINT原始值
  ③ 应用比例因子至其他通道

考虑到电压校准需要手动测量VREFINT，加上我们大多应用并不需要获取准确电压值，只需要知道ADC值的变化，所以通常我们可以不做电压校准。

四、ADC程序实现示例

一）、单通道轮询模式（标准库）

// 引用[1][8]的配置逻辑
#include "stm32f10x.h"void ADC1_Init(void) {// 开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// 配置ADC时钟为PCLK2的6分频（ADCCLK=12MHz）RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); // GPIO配置为模拟输入GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);// ADC参数配置ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;       // 独立模式ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;   // 右对齐ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;      // 单次转换ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;            // 非扫描模式ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);// 校准ADCADC_Cmd(ADC1, ENABLE);ADC_ResetCalibration(ADC1);while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));ADC_StartCalibration(ADC1);while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}uint16_t Get_ADC_Value(void) {ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);  // 启动转换while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)); // 等待转换完成return ADC_GetConversionValue(ADC1);     // 返回12位转换结果
}

二）、多通道DMA传输（标准库)

void	ADC1_Init(void)
{
#if 1GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;u8	rank = 1;/* Enable DMA clock */RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	/* Enable ADC1 clock */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);/* Configure PB0 & PB1 as analog input */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PAPER_END_SEN | PAPER_IN_SEN;// | GPIO_BM_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_Init(GPIO_SENSOR, &GPIO_InitStructure);				// PB0 & PB1,输入时不用设置速率/* DMA channel1 configuration */DMA_DeInit(DMA1_Channel1);DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&ADC1->DR;;	 //ADC地址DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)SensorNow.ADC_Val;//内存地址DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_CH_MAX;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外设地址固定DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  //内存地址增加DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;	//半字DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;		//循环传输DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);/* Enable DMA channel1 */DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);/* ADC1 configuration */ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//独立ADC模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE ; 	 //使能扫描模式，扫描模式用于多通道采集ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;	//开启连续转换模式ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//不使用外部触发转换ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; 	//采集数据右对齐ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = ADC_CH_MAX;	 	//通道数目ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);/*配置ADC时钟，为PCLK2的8分频，即9MHZ*/RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); /*配置ADC的通道采样周期及序列 */ ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_15, rank ++, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_14, rank ++, ADC_SampleTime_55Cycles5);
/* Enable ADC1 DMA */ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);/* Enable ADC1 */ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);/*复位校准寄存器*/   ADC_ResetCalibration(ADC1);/*等待校准寄存器复位完成*/while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));/* ADC校准*/ADC_StartCalibration(ADC1);/* 等待校准完成*/while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));/* 前面设置为不使用外部触发转换，所以使用软件触发ADC转换 */ ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
#endif	
}

三）、定时器触发ADC采样（标准库）

1、TIM定时器配置‌

‌时钟使能与模式设置‌
选择TIM工作模式（如PWM模式或基本定时模式），配置预分频器（PSC）和自动重载值（ARR）以设定触发频率。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); // 使能TIM3时钟TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;
TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = 72 - 1;       // 72MHz/72=1MHz
TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_InitStruct.TIM_Period = 1000 - 1;        // 触发频率1kHz (1MHz/1000)
TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_InitStruct);TIM_SelectOutputTrigger(TIM3, TIM_TRGOSource_Update); // 更新事件触发TRGO
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                // 启动定时器

2. ‌ADC触发源配置
ADC初始化与外部触发选择‌
启用ADC外部触发，选择TIM的TRGO事件作为触发源。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); // 使能ADC1时钟ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;          // 独立模式
ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;               // 单通道扫描
ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;         // 单次转换模式
ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO; // TIM3触发
ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;      // 右对齐
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5); // 配置通道0
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);                                                       // 启动ADC