使用 STM32F303VCT6 的 ADC

天道出勤

这篇帖子将介绍如何使用 STM32F303VCT6 的 ADC 功能，属于［记录我的 STM32 示波器的研发经历］的副产品。STM32F3 系列的模拟电路部分功能比较强（相对于ST其它的MCU），其中STM32F303VCT6 最高主频 72MHz，256K Flash，48K RAM；最牛的，是它的72MHz的ADC时钟，以及6bit分辨率下8个时钟周期的采样＋转换时间，这相当于9M／s的采样率了 。

而 STM32F3 Discovery 开发板的价格也非常便宜，作为学习的起点是个不错的选择。


系统时钟的设置
上面刚刚说到Discovery开发板便宜，额，其实是有代价的：没有外部晶振，开发板上STM32F303VCT6的时钟是那个做ST－Link2的STM32F103C8T6的MCO给的8MHz。。。
所以，你最好是把官网提供的固件程序里面的system_stm32f30x.c文件拷贝到自己项目里面用，而不要用外设示例程序里面的，否则，你可能就会和我刚开始一样：在下载程序到MCU时提示你丢失目标MCU。如果你不幸干了这事儿，请去ST官网下载 STM32 ST-LINK Utility 来恢复。
Discovery 固件程序里面的system_stm32f30x.c也没有什么秘密，主要是里面定义了这个宏：

• #define PLL_SOURCE_HSE_BYPASS
  

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然后，剩下的代码自己就知道如何正确的配置时钟了。

ADC的设置
GPIO的设置
需要配置采样通道对应的GPIO为模拟端口。顺便说一句：为了省电，应该将所有不用的IO都设置成模拟端口。
因为要双ADC交替采样，所以下面这2个IO口需要连接在一起。

•         GPIO_InitTypeDef         gs;
•         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);
•         gs.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
•         gs.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
•         gs.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
•         gs.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
•         gs.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
•         GPIO_Init(GPIOA, &gs);
•         gs.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
•         GPIO_Init(GPIOA, &gs);
  

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ADC 时钟
STM32F3 的ADC时钟比其它系列的要复杂（越复杂越强嘛），它可以有2个时钟源：

• PLL输出。这个设置的目的是可以实现不受HCLK影响的自由时钟频率配置，分频系数可以是：1, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 32, 64, 128, 256 等等。缺点是，不保证和内部TIM的同步（也不是什么大问题，可以配置ADC的触发方式和TIM同步就可以了，当然，外部触发会慢一个时钟。
• HCLK。这个设置可以保证ADC时钟和TIM时钟肯定是同步的。缺点是分频系数选择少：1，2，4。没了。
  

从制作示波器的角度看，PLL其实更加合适，因为你用片上RAM做存储，数据深度不大的情况下，要看低频波形，还是调低ADC频率比较方便。
摘录对应的代码（完整的设置代码在最后）：

• ADC_CommonInitTypeDef cs;
• RCC_ADCCLKConfig(RCC_ADC12PLLCLK_Div1);
• RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_ADC12, ENABLE);
• cs.ADC_Clock = ADC_Clock_AsynClkMode;
  

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规则通道的采样模式
STM32的ADC通道可以分为规则通道（Regualar Channel）和注入通道（Injected Channel）两种。从灵活性上面来说，注入通道更灵活，可以随意插入正在进行采样的规则通道序列中，也可以以交替模式安排4个ADC里面的每个采样通道按照触发顺序依次采样。更重要的，注入模式中每个采样通道都有独立的数据寄存器（STM32F3有4个ADC，每个ADC的注入模式最多有4个通道，所以一共对应有4X4＝16个数据寄存器），从而不会发生Overrun的情况。
然而就示波器的应用来说，规则通道更合适，因为它可以达到最大的采样率，且配置简单。最重要的：它可以用DMA！注入通道的交替触发采样是无法用DMA的（坑爹啊）！


双ADC的交替采样模式下，有几个参数是需要精心设计的：

• 采样周期。共分8挡，最短1.5个ADC时钟周期，最长601个时钟周期。采样周期加上前面讲的PLL时钟分频系数，可以搭配出多种不同的采样率，在捕获低频信号时会非常有用。
• 转换周期。这个参数和分辨率有关。采样周期＋转换周期＝总周期，采样频率／总周期＝采样率。就这么简单。
• 通道间采样间隔。别忘了我们可是双ADC采样，ADC1和ADC2在对同一个通道进行交替采样，在ADC1完成采样（注意，是采样，不是转换）后，要等几个（最少1个）ADC时钟周期才让开始ADC2的采样。
  

仍然以6bit分辨率为例：采样周期＝1.5，转换周期＝6.5，总周期＝1.5+6.5＝8，通道间采样间隔＝3 时，ADC1在 t0 时刻采样，然后ADC2就会在 t0+1.5+3＝t0+4.5 的时刻采样，然后如此继续下去。
这样，相当于8个ADC时钟周期里面，采样了2次（虽然2次并不是严格对齐的），72MHz／（8／2）＝72MHz／4 ＝ 18M／s采样率。

我为什么老抓住6bit分辨率不放？因为我的显示屏只有320X240啊，垂直不能同时显示2个8bit分辨率的波形啊！！！而且我SPI的显示屏啊，刷新率是硬伤啊，6bit分辨率意味着我能少刷几个像素啊！！！哎。。。（我后来都想整单色LCD了，那刷新率杠杠的，不过没关系，我还有STM32F429i Discovery，哈哈哈！）
Common 设置：

• cs.ADC_Mode  = ADC_Mode_Interleave;
• cs.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;
• cs.ADC_DMAMode = ADC_DMAMode_OneShot;
• cs.ADC_TwoSamplingDelay = 2;  //2就是3个周期的通道间间隔
• ADC_CommonInit(ADC1, &cs);   //双通道模式下，只需配置Master ADC
  

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每个 ADC 的设置：

•         ADC_StructInit(&adcs);
•         ADC_VoltageRegulatorCmd(ADC1, ENABLE);
•         ADC_VoltageRegulatorCmd(ADC2, ENABLE);
•         osDelay(1); //延迟 1ms，需要用你自己的延时函数替换。其实2us就足够了，CMSIS_RTOS 没有那么精细，1ms算了。
•         ADC_SelectCalibrationMode(ADC1, ADC_CalibrationMode_Single); ADC_StartCalibration(ADC1);
•         ADC_SelectCalibrationMode(ADC2, ADC_CalibrationMode_Single); ADC_StartCalibration(ADC2);
•         while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) != RESET );
•         while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC2) != RESET );
•         adcs.ADC_ContinuousConvMode = ADC_ContinuousConvMode_Enable;
•         adcs.ADC_Resolution = ADC_Resolution_6b;
•         adcs.ADC_ExternalTrigConvEvent = ADC_ExternalTrigConvEvent_7;
•         adcs.ADC_ExternalTrigEventEdge = ADC_ExternalTrigEventEdge_None;
•         adcs.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
•         adcs.ADC_OverrunMode = ADC_OverrunMode_Enable;
•         adcs.ADC_AutoInjMode = ADC_AutoInjec_Disable;
•         adcs.ADC_NbrOfRegChannel = 1;
•         ADC_Init(ADC1, &adcs);
•         ADC_Init(ADC2, &adcs);
•         ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5);
•         ADC_RegularChannelConfig(ADC2, ADC_Channel_4, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5);
•         ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
•         ADC_Cmd(ADC2, ENABLE);
  

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DMA的设置
ADC转换那么快，用CPU等中断再往数组里面存那是不现实的哇！（我用注入交替触发模式试过，用中断存数组大约只有200K／s的速率）
ADC1、2做双交替采样的DMA设置，有2个选择：

• 只用1个DMA通道，一次在ADC2的EOC事件后一次读取2个采样结果到一个数组中
• 用2个DMA通道，分别读取2个ADC的采样结果到2个数组中
  

我选了第二个，原因么：

• 我不缺DMA
• 以后从双采样切换到独立采样（也就是双通道示波器变身四通道示波器）时，比较自然
  

DMA里面需要确定你的采样存储深度，让DMA在读取完这么多组数据后自动停止，发送给LCD去显示。当然，你也可以让DMA继续采样来提高捕获率或者实现余辉效果，不过那需要内存支持，算法就复杂了，我还没有搞到那么深。等以后用到那个地步了，可能我也不会选择 soc 的 ADC 了。

•         RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1|RCC_AHBPeriph_DMA2, ENABLE);
•         ds.DMA_PeripheralBaseAddr         = (uint32_t)&ADC1->DR;
•         ds.DMA_MemoryBaseAddr                 = (uint32_t)&appADCValue1[0];
•         ds.DMA_BufferSize                         = ADCDeepth;
•         ds.DMA_DIR                                         = DMA_DIR_PeripheralSRC;
•         ds.DMA_PeripheralDataSize         = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
•         ds.DMA_MemoryDataSize                 = DMA_MemoryDataSize_Byte;
•         ds.DMA_PeripheralInc                 = DMA_PeripheralInc_Disable;
•         ds.DMA_MemoryInc                         = DMA_MemoryInc_Enable;
•         ds.DMA_Mode                                 = DMA_Mode_Circular;
•         ds.DMA_Priority                         = DMA_Priority_VeryHigh;
•         ds.DMA_M2M                                         = DMA_M2M_Disable;
•         DMA_Init(DMA1_Channel1, &ds);
•         ds.DMA_PeripheralBaseAddr         = (uint32_t)&ADC2->DR;
•         ds.DMA_MemoryBaseAddr                 = (uint32_t)&appADCValue2[0];
•         DMA_Init(DMA2_Channel1, &ds);
•         DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
•         DMA_Cmd(DMA2_Channel1, ENABLE);
•         DMA_ITConfig(DMA2_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE);
•         ns.NVIC_IRQChannel = DMA2_Channel1_IRQn;
•         ns.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 4;
•         ns.NVIC_IRQChannelSubPriority = 8;
•         ns.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
•         NVIC_Init(&ns);
  

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好了，最后启动 Master ADC的转换就开始了 ADC_StartConversion(ADC1);

最后，把上面的代码整合一下，看个全貌（不是全部工程，但应该更容易应用到你自己到项目中去，因为少了很多乱七八糟的和我个人环境设置有关的东西）：

• #define ADCDeepth 300
• uint8_t appADCValue1[ADCDeepth];
• uint8_t appADCValue2[ADCDeepth];
• void ADCInit(void){
•         GPIO_InitTypeDef         gs;
•         ADC_CommonInitTypeDef cs;
•         ADC_InitTypeDef         adcs;
•         DMA_InitTypeDef         ds;
•         NVIC_InitTypeDef         ns;
•         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);
•         gs.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
•         gs.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
•         gs.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
•         gs.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
•         gs.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
•         GPIO_Init(GPIOA, &gs);
•         gs.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
•         GPIO_Init(GPIOA, &gs);
•         RCC_ADCCLKConfig(RCC_ADC12PLLCLK_Div1);
•         RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_ADC12, ENABLE);
•         cs.ADC_Clock = ADC_Clock_AsynClkMode;
•         cs.ADC_Mode  = ADC_Mode_Interleave;
•         cs.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;
•         cs.ADC_DMAMode = ADC_DMAMode_OneShot;
•         cs.ADC_TwoSamplingDelay = 2;  //2就是3个周期的通道间间隔
•         ADC_CommonInit(ADC1, &cs);    //双通道模式下，只需配置Master ADC
•         ADC_StructInit(&adcs);
•         ADC_VoltageRegulatorCmd(ADC1, ENABLE);
•         ADC_VoltageRegulatorCmd(ADC2, ENABLE);
•         osDelay(1); //延迟 1ms，需要用你自己的延时函数替换。其实2us就足够了，CMSIS_RTOS 没有那么精细，1ms算了。
•         ADC_SelectCalibrationMode(ADC1, ADC_CalibrationMode_Single); ADC_StartCalibration(ADC1);
•         ADC_SelectCalibrationMode(ADC2, ADC_CalibrationMode_Single); ADC_StartCalibration(ADC2);
•         while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) != RESET );
•         while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC2) != RESET );
•         adcs.ADC_ContinuousConvMode = ADC_ContinuousConvMode_Enable;
•         adcs.ADC_Resolution = ADC_Resolution_6b;
•         adcs.ADC_ExternalTrigConvEvent = ADC_ExternalTrigConvEvent_7;
•         adcs.ADC_ExternalTrigEventEdge = ADC_ExternalTrigEventEdge_None;
•         adcs.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
•         adcs.ADC_OverrunMode = ADC_OverrunMode_Enable;
•         adcs.ADC_AutoInjMode = ADC_AutoInjec_Disable;
•         adcs.ADC_NbrOfRegChannel = 1;
•         ADC_Init(ADC1, &adcs);
•         ADC_Init(ADC2, &adcs);
•         ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5);
•         ADC_RegularChannelConfig(ADC2, ADC_Channel_4, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5);
•         ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
•         ADC_Cmd(ADC2, ENABLE);
•         RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1|RCC_AHBPeriph_DMA2, ENABLE);
•         ds.DMA_PeripheralBaseAddr         = (uint32_t)&ADC1->DR;
•         ds.DMA_MemoryBaseAddr                 = (uint32_t)&appADCValue1[0];
•         ds.DMA_BufferSize                         = ADCDeepth;
•         ds.DMA_DIR                                         = DMA_DIR_PeripheralSRC;
•         ds.DMA_PeripheralDataSize         = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
•         ds.DMA_MemoryDataSize                 = DMA_MemoryDataSize_Byte;
•         ds.DMA_PeripheralInc                 = DMA_PeripheralInc_Disable;
•         ds.DMA_MemoryInc                         = DMA_MemoryInc_Enable;
•         ds.DMA_Mode                                 = DMA_Mode_Circular;
•         ds.DMA_Priority                         = DMA_Priority_VeryHigh;
•         ds.DMA_M2M                                         = DMA_M2M_Disable;
•         DMA_Init(DMA1_Channel1, &ds);
•         ds.DMA_PeripheralBaseAddr         = (uint32_t)&ADC2->DR;
•         ds.DMA_MemoryBaseAddr                 = (uint32_t)&appADCValue2[0];
•         DMA_Init(DMA2_Channel1, &ds);
•         DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
•         DMA_Cmd(DMA2_Channel1, ENABLE);
•         DMA_ITConfig(DMA2_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE);
•         ns.NVIC_IRQChannel = DMA2_Channel1_IRQn;
•         ns.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 4;
•         ns.NVIC_IRQChannelSubPriority = 8;
•         ns.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
•         NVIC_Init(&ns);
• }
• void DMA2_Channel1_IRQHandler(void){
•         if(DMA_GetITStatus(DMA2_IT_TC1)!=RESET){
•                 DMA_ClearITPendingBit(DMA2_IT_TC1);
•                 //数据拿到了，接下来看你的了！
•         }
• }
•