ADC+TIM+DMA采集交流

前言

本文主要讲解定时器触发ADC去采集交流信号，DMA把数据搬移到内存。

所需工具：

开发板:STM32F103C8T6
STM32CubeMX
IDE: Keil-MDK

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模式简介

ADC+TIM+DMA采集交流信号是电赛中使用范围最为广泛的一个技术。这个模式下单个ADC可以实现0-1M的任意可调采样率，采集20khz一下的信号轻轻松松。
F1的ADC支持许多触发信号，这里选择TIM3的TRGO事件作为触发信号，其中TRGO选择更新时间来引起。（这段新手看不懂没关系，不耽误使用）

工程建立

时钟配置

ADC配置

相对于ADC采集直流，这里的触发源不是软件上的一行代码来触发，而是选择外部触发，这里选择TIM3的TRGO信号。
对于新手来说这里可能有疑惑，换成硬件触发有什么好处吗？查看系列的上一篇文章，软件触发ADC采样一次，需要写几行代码，才能让他们采集一次，如果我们想实现100hz的采样率，可以设置一个100hz的定时器中断，在中断里用代码（软件）触发ADC采样，这样确实可以达到100hz采样的效果。可是如果100k采样呢？CPU代码执行的速度是有限的，100hz可以勉强达到，100k就来不及了。但是我让TIM这样的硬件去触发ADC采样，ADC采集完成后，DMA硬件搬运数据，整个采集过程不需要CPU参与。
直观上看就是你告诉ADC,TIM,DMA你们仨给我100k采样率采集1000个点.说完这句话后，他们三就去采集了，CPU只需要等他们采集完成就可以。采集过程CPU不管的，也就是不需要写任何代码。

DMA配置为normal模式。如果配置成circular的话，ADC采集完成指定个数后，不会停下来，不方便管理。读者可以修改成circular看看效果。

采样率控制在100kz，那么TIM就需要产生100khz的TRGO的信号，我们这里选择的更新时间产生TRGO信号，那么TIM3的计数器从0计算到ARR的频率为100khz。于是我们这里设置PSC=0，ARR=720-1。换算下：$$\frac{72M}{720}=100k$$

配置串口

代码生成

代码编写

串口重定向

#include <stdio.h>

int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

这里是串口重定向的主体部分

#include <stdio.h>

在mian.c里面包含stdio.h头文件，mian.c里面就可以printf了。别的.c文件同理。

勾选MicroLIB库，否则没法使用printf

ADC采集代码

uint16_t adc_buff[200];//存放ADC采集的数据
/* 
AdcConvEnd用来检测ADC是否采集完毕
0：没有采集完毕
1：采集完毕，在stm32f1xx_it里的DMA完成中断进行修改
 */
__IO uint8_t AdcConvEnd = 0;

在main.c里面定义两个变量，一个存放ADC采集到的数据，一个标志ADC是否采集完毕。
特别注意__IO修饰AdcConvEnd。他的含义是volatile。避免AdcConvEnd被MDK优化掉。

HAL_TIM_Base_Start(&htim3);                           //开启定时器3
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);                  //AD校准，F4不用校准没用这行函数。
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_buff, 200); //让ADC1去采集200个数，存放到adc_buff数组里
while (!AdcConvEnd)                                   //等待转换完毕
    ;
for (uint16_t i = 0; i < 200; i++)
{
    printf("%.3f\n", adc_buff[i] * 3.3 / 4095); //数据打印，查看结果
}

这里写的采集程序，如每一步的含义都在注释里写明了。
希望读者养成随手写注释的好习惯。

QQ图片20220225105335

extern uint8_t AdcConvEnd;//引入外部变量

AdcConvEnd = 1;

ADC采集，DMA搬运，当DMA搬运结束后，整个采集过程也就完成了。DMA搬运结束，程序会接收到DMA中断，就会执行DMA1_Channel1_IRQHandler函数，告诉CPU，采集完毕了。程序上则根据AdcConvEnd的变化，得知采集完毕。

硬件连接

引脚	连接对象	释义
PA9	CH340的RX	单片机的TX连接CH340的RX
PA10	CH340的TX	单片机的RX连接CH340的TX
PA0	信号发生器信号端	图中红线
GND	信号发生器地	跟信号发生器共地

上面总共有STlinkV2，ch340，供电线，信号发生器接过来的夹子线

实物图2

运行结果

ADC去采集信号发生器产生的1k正弦信号，数据打印到VOFA上，结果如图。

为了验证采样率是否是100k，ADC去采集信号发生器产生的5k信号，打印到VOFA上，可以看到一个周期20个点。$$5k*20=100k$$采样率为100k验证完毕。
VOFA的使用可以在电赛小站里查看到教程。

练习

尝试在例程的基础上更改采样率200k、500k等，看看效果。
练练手，打野怪刷熟练度。
思考如何借助均值滤波来提高采样精度，并付诸实践。
这是最容易实现的降噪方法。你可以不会FIR、滑动滤波器等，这个还是要会的。元气骑士拿破旧的手枪也是可以通关的嘛。
提示：如果你没什么思路请看这里。比如我们去采集1k的正弦，想采集一个周期100个点，你可以设置采样率为100k，那么采集100个点就结束了。也可以设置采样率为200k，然后一个周期采集200个点，然后每两个点取平均，这样就可以达到2次均值滤波。
啥？还是不懂？就是数组的下标0和下标1取平均($$\frac{X_{[0]}+X_{[1]}}{2}=Y_[0]$$)作为第一个采样点，下标2和下标3取平均($$\frac{X_{[2]}+X_{[3]}}{2}=Y_{[1]}$$)作为第二个采样点。
这个方法有个高级的称呼：过采样。H7自带硬件过采样STM32H7 ADC 过采样对精度的影响效果
先以100k的采样率采集一组信号，再通过程序更改定时的频率来将采样率改成200k，再采集一组数据。期间不能重新烧录代码
学会动态更改采样率。
提示一下可以采用这种方式更改：
```
TIM1->ARR=...;
TIM1->PSC=...;
```
如果你会测量频率，尝试控制采样率始终是待测信号的100倍。
这技巧在FFT变化方面对提高精度有奇效。