STM32CubeMX教程15 ADC - 多重ADC转换

1、准备材料

开发板（正点原子stm32f407探索者开发板V2.4）

STM32CubeMX软件（Version 6.10.0）

keil µVision5 IDE（MDK-Arm）

ST-LINK/V2驱动

野火DAP仿真器

XCOM V2.6串口助手

3个滑动变阻器

2、实验目标

使用STM32CubeMX软件配置STM32F407开发板的ADC实现多重ADC采集，具体为使用ADC1_IN5、ADC2_IN6实现二重ADC采集，使用ADC1_IN5、ADC2_IN6和ADC3_IN5实现三重ADC采集

3、二重ADC转换

3.0、前提知识

STM32F407的三个ADC可以组合实现多重ADC采集，当仅仅开启一个ADC时，该ADC只能工作在独立模式；当同时启动ADC1和ADC2，则以ADC1为主器件，ADC2为从器件可以工作在双重ADC采集模式下；当同时启动ADC1/2/3，则以ADC1为主器件，ADC2/3为从器件可以工作在三重ADC采集模式下；

在多重 ADC 模式下可实现以下6种模式

1. 二/三重注入同时模式 + 规则同时模式
2. 二/三重规则同时模式 + 交替触发模式
3. 二/三重注入同时模式
4. 二/三重规则同时模式
5. 二/三重交替模式
6. 二/三重交替触发模式

本实验我们只介绍二/三重规则同时模式，如下图所示为CubeMX配置中可选的所有模式

工作在多重ADC模式下的DMA请求拥有三种DMA模式，这里只介绍DMA access mode 1/2，不会涉及DMA access mode 3

二重规则同时模式ADC采集时只能选择DMA access mode 2，三重规则同时模式ADC采集时只能选择DMA access mode 1

下面请读者重点理解采集完成的数据是如何通过DMA存入用户定义好的数组中的！

当ADC工作在二重规则同时模式下，此时DMA模式为DMA access mode 2，在ADC1或ADC2转换事件结束时，会生成一个32位DMA传输请求，此请求会将存储在 ADC_CDR 32 位寄存器高位半字中的 ADC2 转换数据传输到SRAM，然后将存储在ADC_CCR低位半字中的ADC1转换数据传输到 SRAM，也就是说我们只需定义一个包含一个元素的uint32_t DataBuffer[1]数组，以DMA方式启动ADC转换后，只需每次从高16位读取ADC2采集的数据，从低16位读取ADC1采集的数据即可

当ADC工作在三重规则同时模式下，此时DMA模式为DMA access mode 1，在ADC1、ADC2或ADC3转换事件结束时，会生成三个32位DMA传输请求，之后会发生三次从 ADC_CDR 32 位寄存器到SRAM的传输：首先传输 ADC1 转换数据，然后是 ADC2 转换数据，最后是 ADC3 转换数据，也就是说我们需定义一个包含三个元素的uint32_t DataBuffer[3]数组，其中第一个元素DataBuffer[0]表示ADC1采集的数据，第二个元素DataBuffer[1]表示ADC2采集的数据，第三个元素DataBuffer[2]表示ADC3采集的数据

上述描述如下图所示 （注释1）

如下图所示为多重ADC框图，当工作在二重ADC时不存在ADC3，ADC1/2/3三个ADC只有ADC1为主ADC，当以多重ADC工作时，只需要配置主ADC的DMA传输，从ADC无需设置，在启动多重ADC采集时也只能以DMA方式启动主ADC，从ADC以普通方式启动即可，不能将从ADC也以DMA方式启动，多重ADC采集的数据均会存入32位的通用规则数据寄存器中

3.1、CubeMX相关配置

3.1.0、工程基本配置

打开STM32CubeMX软件，单击ACCESS TO MCU SELECTOR选择开发板MCU（选择你使用开发板的主控MCU型号），选中MCU型号后单击页面右上角Start Project开始工程，具体如下图所示

开始工程之后在配置主页面System Core/RCC中配置HSE/LSE晶振，在System Core/SYS中配置Debug模式，具体如下图所示

详细工程建立内容读者可以阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”

3.1.1、时钟树配置

系统时钟使用8MHz外部高速时钟HSE，HCLK、PCLK1和PCLK2均设置为STM32F407能达到的最高时钟频率，具体如下图所示

3.1.2、外设参数配置

本实验需要需要初始化USART1作为输出信息渠道，具体配置步骤请阅读“STM32CubeMX教程9 USART/UART 异步通信”

设置TIM3通用定时器溢出时间100ms，外部触发事件选择更新事件，参数详解请阅读“STM32CubeMX教程6 TIM 通用定时器 - 生成PWM波”实验，具体配置如下图所示

在Pinout ＆ Configuration页面左边功能分类栏目Analog中单击其中ADC1，勾选IN5通道

Mode （ADC模式）：修改为Dual regular simultaneous mode only（需要启用ADC2通道才可以选择二重ADC采集模式）

DMA Access Mode （DMA模式）：选择DMA access mode 2

DMA Continuous Requests （DMA连续转化请求）：使能（需要先增加DMA请求才可以使能）

其他参数与“STM32CubeMX教程13 ADC - 单通道转换”实验均保持一致，具体配置如下图所示

单击Configuration中的DMA Settings选项卡对ADC1的DMA请求进行设置，所有配置均与“STM32CubeMX教程14 ADC - 多通道DMA转换”实验保持一致，具体配置如下图所示

在Pinout ＆ Configuration页面左边功能分类栏目Analog中单击其中ADC2，勾选IN6通道，注意除 Rank 和 DMA Continuous Requests 参数外所有参数配置必须与ADC1保持一致，否则ADC采集将出现错误，具体配置如下图所示

3.1.3、外设中断配置

在Pinout & Configuration页面左边System Core/NVIC中勾选DMA2 Stream0 全局中断，然后选择合适的中断优先级即可，具体配置如下图所示

3.2、生成代码

3.2.0、配置Project Manager页面

单击进入Project Manager页面，在左边Project分栏中修改工程名称、工程目录和工具链，然后在Code Generator中勾选“Gnerate peripheral initialization as a pair of 'c/h' files per peripheral”，最后单击页面右上角GENERATE CODE生成工程，具体如下图所示

详细Project Manager配置内容读者可以阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”实验3.4.3小节

3.2.1、外设初始化调用流程

请阅读“STM32CubeMX教程14 ADC - 多通道DMA转换”实验“3.2.1、外设初始化调用流程”小节

3.2.2、外设中断调用流程

请阅读“STM32CubeMX教程14 ADC - 多通道DMA转换”实验“3.2.2、外设中断调用流程”小节

3.2.3、添加其他必要代码

在adc.c中重新实现ADC转换完成回调函数HAL_ADC_ConvCpltCallback()，具体代码如下所示

源代码如下

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
    /*定时器中断启动DMA二重ADC转换*/
    uint32_t Volt1,Volt2;
    uint32_t adcValue=DataBuffer[0];	

    /*从低16位取出ADC1采集数据*/
    uint32_t ADC1_val=adcValue & 0x0000FFFF;
    Volt1=3300*ADC1_val;
    Volt1=Volt1>>12;		

    /*从高16位取出ADC2采集数据*/
    uint32_t ADC2_val=adcValue & 0xFFFF0000;
    ADC2_val= ADC2_val>>16;
    Volt2=3300*ADC2_val;
    Volt2=Volt2>>12;		

    printf("Volt1:%d, Volt2:%d\r\n",Volt1,Volt2);
}

在主函数main中启动二重ADC转化，一些全局变量定义及启动源代码如下

/*main.c全局变量定义*/
uint32_t DataBuffer[BATCH_DATA_LEN];

/*main.h变量声明*/
#define BATCH_DATA_LEN 1
extern uint32_t DataBuffer[BATCH_DATA_LEN];

/*ADC启动代码*/
HAL_ADC_Start(&hadc2);
HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc1,DataBuffer,BATCH_DATA_LEN);
HAL_TIM_Base_Start(&htim3);

为什么二重ADC转化下DMA要将数据传输到uint32 DataBuffer[1]？

二重ADC转化下DMA模式为DMA access mode 2，在该模式下ADC1转换完成的数据会传输到32位的 DataBuffer[0] 的低16位，而ADC2转换完成的数据会传输到32位的 DataBuffer[0] 的高16位

4、常用函数

/*多重ADC以DMA方式启动*/
HAL_StatusTypeDef HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(ADC_HandleTypeDef *hadc, uint32_t *pData, uint32_t Length)

5、烧录验证

烧录程序，单片机上电之后，串口不断的输出ADC1_IN5、ADC2_IN6的采集值转化为的电压值，笔者将两个滑动变阻器按照ADC1_IN5、ADC2_IN6的顺序，分别从一端缓慢拧到另一端，可以从串口输出的数据看到，三个通道采集到的电压值从最小值0慢慢变到最大3300

6、三重ADC转换

6.1、CubeMX相关配置

在Pinout ＆ Configuration页面左边功能分类栏目Analog中单击其中ADC3，勾选IN5通道，所有参数与二重ADC转换ADC2参数一致，在配置ADC1为三重ADC规则通道采集时ADC3的触发源参数会消失，因此无需理会，具体ADC3参数配置如下图所示

在Pinout ＆ Configuration页面左边功能分类栏目Analog中单击其中ADC1，将其模式修改为Triple regular simultaneous mode only，DMA模式修改为DMA access mode 1

ADC1的其他参数与二重ADC转换时的参数一致，ADC2的配置、ADC1 DMA的配置和NVIC的设置均与二重ADC采集一致，具体ADC1参数配置如下图所示

6.2、添加其他必要代码

/*main.c全局变量定义*/
uint32_t DataBuffer[BATCH_DATA_LEN];

/*main.h变量声明*/
#define BATCH_DATA_LEN 3
extern uint32_t DataBuffer[BATCH_DATA_LEN];

/*主函数中ADC启动代码*/
HAL_ADC_Start(&hadc2);
HAL_ADC_Start(&hadc3);
HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc1,DataBuffer,BATCH_DATA_LEN);
HAL_TIM_Base_Start(&htim3);

/*adc.c中重新实现转换完成中断回调*/
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
    /*定时器中断启动DMA三重ADC转换*/
    uint32_t val=0,Volt=0;
    for(uint8_t i=0;i<BATCH_DATA_LEN;i++)
    {
        val=DataBuffer[i];
        Volt=(3300*val)>>12;
        printf("ADC%d, val:%d, Volt:%d\r\n",i,val,Volt);
    }
    printf("\r\n");
}

为什么三重ADC转化下DMA要将数据传输到uint32 DataBuffer[3]？

二重ADC转化下DMA模式为DMA access mode 1，在该模式下ADC1转换完成的数据会传输到32位的 DataBuffer[0]，ADC2转换完成的数据会传输到32位的 DataBuffer[1]，ADC3转换完成的数据会传输到32位的 DataBuffer[2]

6.3、实验现象

烧录程序，单片机上电之后，串口不断的输出ADC1_IN5、ADC2_IN6和ADC3_IN5的采集值，笔者将三个滑动变阻器按照ADC1_IN5、ADC2_IN6和ADC3_IN5的顺序，分别从一端缓慢拧到另一端，可以从串口输出的数据看到，三个通道采集到的ADC数据从最小值0慢慢变到最大4095

7、注释详解

注释1：图片来源STM32F4xx中文参考手册

8、参考资料

主要参考STM32Cube高效开发教程（基础篇）320页14.6小节实验

笔者认为该章节提到一个BUG其实是错误的，从ADC不应该以DMA方式启动，也无需在STM32CubeMX生成的工程代码中手动修改DMAContinuousRequests为ENABLE

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