STM32 ADC+高速DMA 采集原理与实战

一、核心概念1. 什么是 ADCADC 是模数转换器作用是把模拟电压转换成数字值。STM32F103 的 ADC 是 12 位的输出范围0~4095对应电压范围0~3.3V换算公式电压 ADC值 × 3.3V / 4096。2. 什么是 DMADMA 是直接存储器访问控制器可以在不占用 CPU 的情况下直接把外设比如 ADC、SPI、串口的数据搬运到内存数组里。相当于一个 “硬件快递员”外设是 “发货点”内存数组是 “收货点”搬运过程完全自动CPU 可以去干别的事。二、为什么要用 ADCDMA先说说痛点普通 ADC 采集CPU 要主动读取寄存器会被频繁打断采集效率低还会拖慢主程序。用了 DMA 之后数据由硬件自动搬运CPU 全程不参与采集又快又稳还不影响其他任务。简单说就是ADC 负责 “读”DMA 负责 “搬”CPU 只负责 “用”三者互不打扰效率拉满三、ADCDMA 是怎么配合工作的用一个流程讲清楚配置阶段CPU 只干一次1.给 ADC 和 DMA 上电。2.设置 ADC 为连续扫描模式让它一直采数据。3.设置 DMA从 ADC 寄存器读数据写到内存数组里一次搬 N 个数据循环搬运。工作阶段全程硬件自动完成1.ADC 完成一次采样把结果放到 ADC-DR 寄存器。2.DMA 立刻把 DR 里的数据搬到你定义的数组里。3.搬完一次ADC 自动开始下一次采样DMA 自动搬运下一个数据。4.数据会自动填满你的数组循环模式下会自动覆盖旧数据。5.CPU 不需要做任何事想读数据的时候直接访问数组就行。四、关键细节踩坑点1. DMA 数据位宽必须和外设、数组匹配ADC 是 12 位输出数据会扩展成 16 位存放在DR寄存器里所以DMA 外设数据位宽必须设置为HalfWord16 位。内存数据位宽也必须设置为HalfWord。你的数组必须定义为uint16_t类型。不匹配的后果数据截断、数值异常、采集完全错误。2. DMA 搬运长度和数组大小要对应代码里的DMA_BufferSize就是 DMA 一次搬运的次数必须和你数组的大小一致。比如你定义了uint16_t adc_buf[64];就必须设置DMA_BufferSize 64。3. 循环模式 vs 正常模式循环模式DMA_Mode_Circular搬完一次自动从头开始搬运数组里永远是最新的数据适合持续采集的场景正常模式DMA_Mode_Normal搬完一次就停止适合单次采集4. ADC 连续转换模式必须开启要让 ADC 一直采样必须设置ADC_ContinuousConvMode ENABLE否则采一次就停了DMA 也会停止搬运。五、完整采集代码// ADC1 DMA1 初始化 void Adc_Init(void) { // 开启 ADC1 和 GPIOA 时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 开启 DMA1 时钟AHB 总线 RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); // 配置 PA0 为模拟输入模式 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin GPIO_Pin_0; GPIO_InitStruct.GPIO_Mode GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct); // 设置 ADC 时钟分频72M / 6 12MHzADC 最大允许 14MHz RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); // ADC 基础配置 ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct; ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode ENABLE; // 开启连续转换模式采集完自动开始下一次 ADC_InitStruct.ADC_DataAlign ADC_DataAlign_Right; // 数据右对齐12 位 ADC 低 12 位有效 ADC_InitStruct.ADC_Mode ADC_Mode_Independent; // 独立模式单 ADC 工作 ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel 1; // 转换通道数量1 个 ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv ADC_ExternalTrigConv_None; // 禁止外部触发软件启动 ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode DISABLE; // 关闭扫描模式单通道无需扫描 ADC_Init(ADC1, ADC_InitStruct); // 配置规则组通道ADC1 通道 0采样时间 239.5 周期最长采样最稳定 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5); // DMA 通道 1 配置DMA1 通道 1 固定绑定 ADC1 DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct; DMA_DeInit(DMA1_Channel1); // 复位 DMA 通道 1 DMA_InitStruct.DMA_BufferSize 64; // 一次传输的总数据量64 个 DMA_InitStruct.DMA_DIR DMA_DIR_PeripheralSRC; // 传输方向从外设ADC到内存 DMA_InitStruct.DMA_M2M DMA_M2M_Disable; // 关闭内存到内存模式 DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr (uint32_t)buf; // 内存目标地址数据缓冲区 buf DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize DMA_MemoryDataSize_HalfWord; // 内存数据位宽16 位 DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc DMA_MemoryInc_Enable; // 开启内存地址自增自动填数组 DMA_InitStruct.DMA_Mode DMA_Mode_Circular; // 循环模式传完 64 个自动从头开始 DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr (uint32_t)ADC1-DR;// 外设源地址ADC 数据寄存器 DR DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; // 外设数据位宽16 位 DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc DMA_PeripheralInc_Disable;// 外设地址不自增固定读 DR DMA_InitStruct.DMA_Priority DMA_Priority_High; // DMA 优先级高 DMA_Init(DMA1_Channel1, DMA_InitStruct); DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); // 使能 DMA1 通道 1 ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); // 使能 ADC 的 DMA 请求转换完自动触发 DMA ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); // 使能 ADC1 // ADC 校准提高精度必须执行 ADC_ResetCalibration(ADC1); // 复位校准 while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); // 等待复位完成 ADC_StartCalibration(ADC1); // 开始校准 while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); // 等待校准完成 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 软件启动 ADC 连续转换 }采集到的数组数据如图所示主要代码解析DMA_MemoryBaseAddr告诉 DMA 数据要搬到哪里也就是你的数组地址。DMA_PeripheralBaseAddr告诉 DMA 数据从哪里搬也就是 ADC 的数据寄存器地址。DMA_MemoryDataSize和DMA_PeripheralDataSize设置数据位宽这里都是 16 位。DMA_Mode_Circular开启循环模式让 DMA 一直搬运数据。ADC_DMACmd开启 ADC 的 DMA 请求让 ADC 转换完成后自动触发 DMA 搬运。六、常见问题补充DMA不是一次送 64 个而是一个一个搬运搬满 64 次为一轮。DMA 可以同时干很多活例如STM32F103 的 DMA1 有 7 个独立通道每个通道可以独立配置。DMA 有 3 种工作方向外设 → 内存现在 ADC 用的。内存 → 外设比如 SPI 屏幕、串口发送。内存 → 内存数据拷贝比 CPU 快。七、写在后面本文所有代码均在STM32F103C8T6上实测通过可直接复制到 工程中使用无需修改任何参数。本博客仅记录自己的学习进程无任何商业用途基于论坛上已经存在的内容结合自己实操过程完成了此博客自己也做了一些细节验证在此记录下来作为学习沉淀。如有侵权联系速删。