Stm32F407使用板载AD经验 总述 Stm32板载的ADC是我们学习使用stm32的重要功能之一，参加电赛使用stm32所必须掌握的技能，曾使用过的ADS8688模块，号称500Ksps的采样率，在我们实际使用中哪怕是启用了硬件spi也只用得到80Ksps的采样率。有幸从敬重的学姐哪里继承了一块AD7606，并行的200Ksps16位ADC模块，目前尚未去驱动，有时间去试试。
言归正传，开此帖的目的是为了记录下使用板载adc进行的一些使用方法，双重、三重的交叉采样、ADC过采样、多通道规则采样等等自己使用过的方法，利弊也会一一列出，由于本人学艺不精的因素，也许也有错误存在，或是没有发挥出理想的驱动，作为抛砖引玉，希望看到我博客的能提出更好解决方法进行斧正。
很难言说我现在的精神状态，现在属于是醒了打代码，困了才睡，周而复始，希望不会过于胡言乱语不知所云。
使用设备及MCU 1、STlink
2、STM32F407ZGT6
3、实验室内的信号发生器、示波器等
4、CubeMX+CubeIDE开发
顺带一提，大家都知道奈奎斯特采样定理，采样率Fs应大于2倍的采集信号频率F，但是在实际使用中，如果说要对波形进行还原、FFT运算，以最简单最容易理解的也经常使用的实时采样，实时采样要采得完整的波形数字信号量，至少是Fs>=5*F，也就是说，对于大多数情况下我们使用ADC，至少需要到5倍的信号频率才能对信号完整采集。当然还有一些其他的采样算法，理论上是可以得到无限高的采样率，不过嘛，，，，都说了，理论上。
双重ADC快速交叉采样 单个ADC采样其实收到了很多限制，一般来说我们都是使用的定时器触发来设置采样频率，以ADC+DMA的方式快速得到采集数据，但我其实并不满意其速度，顶破了天其实也就200Ksps左右，再往上其实只是采正弦波都很勉强了。
于是在网上找到方法，ADC双重、甚至是三重交叉采样，在上一个ADC尚未转换完毕时直接将信号注入下一个ADC进行转换，理论上来说就可以成倍数的增长采样率，当时我看他们计算采样率的公式那叫一个心动啊，M级的采样率，我不是想采啥采啥。
来看看他们的计算公式：
1 2 3 In this example, the system clock is 144MHz, APB2 =72MHz and ADC clock = APB2 /2. Since ADCCLK= 36MHz and Conversion rate = 6 cycle ==> Conversion Time = 36M/6cyc = 6Msps.
足足6Msps，想想都香，于是便有了这一次实验。直接开始创建工程吧。
建立工程 选择好使用的单片机，RCC选项中HSE（高速时钟）选中外部晶振，SYS选项中记得改为Serial Wire
配置时钟树 这里配置时钟树是有讲究的，这次并非直接拉满168MHz，我是照着这个算式来设置的时钟树
144/4=36；周期我们设置的6个adc周期；理论采样率为36/6=6M
ADC和DMA设置 先将ADC1、ADC2打开，选择一样的IN口，我这里选的是IN12，其实无所谓，可以随便选的，这里DMA Access Mode要先把ADC1、ADC2的Resolution采样精度从默认的12bit改成8bit才能选中DMA access mode 3，之后再试试其他设置可不可行
接下来是ADC2的设置
DMA只需要打开ADC1的即可，同时要把ADC1的DMA continuous Requests DMA连续请求打开，ADC2的DMA连续请求是无法更改的，只能一会代码生成后去更改。这里有三个注意的地方，ADC1、2的设置照上面两张图对照配。
还有一个重要的一点，点开设置区，更改这里的顺序，定时器不用管，这个是我用来计算采样率用的，要求顺序一定是ADC1>DMA>ADC2，否则会导致采样只采样一次便终止。
接下来生成代码，而代码区还有很多需要更改才能使用
生成代码的修改 点开与main.c同级目录的adc.c，直接跳到HAL_ADC2_Init(void)函数，找到以下代码，将 DISABLE 改为ENABLE ，使能ADC2的DMA连续请求，大概在代码的113行。
1 2 3 4 hadc2.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; hadc2.Init.NbrOfConversion = 1 ; hadc2.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE; hadc2.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
再往下翻到HAL_ADC_MspInit 函数，对这个函数我们将在前插入**__HAL_RCC_ADC2_CLK_ENABLE();**使能ADC2时钟，再将判断的语句删除，即删去if判断语句和else内的全部内容，更改后代码如下
注意，这里的更改每次生成代码都需要重新更改
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主函数的使用 回到main.c首先先创建变量
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 __IO uint16_t uhADCDualConvertedValue = 0 ; float uwADC1ConvertedVoltage;float uwADC2ConvertedVoltage;uint8_t uwADC1ConvertedValue;uint8_t uwADC2ConvertedValue;
一个重要的关系是DMA传输值和ADC1、ADC2的AD值的关系，在前面DMA的设置中，我们设置的DMA数据传输单位是Word，即一个字，一个字由四个字节组成，而一个值正好为Half Word，即一个半字，由两个字节组成，其实答案就很明显了，高位半字用来存放ADC2的数据，而低位半字用来存放ADC1的数据。官方的文档上写的是
1 2 3 A DMA request is generated each time 2 data items are available 1st request: ADC_CDR[15:0] = (ADC2_DR[7:0] << 8) | ADC1_DR[7:0] 2nd request: ADC_CDR[15:0] = (ADC2_DR[7:0] << 8) | ADC1_DR[7:0]
意思是
1 2 每发送一个DMA请求（两个数据可用），就好以字的形式传输表示两个ADC转换数据项的两个半字。 高位半字用来存放ADC2的数据，而低位半字用来存放ADC1的数据，以此类推。
创建好变量后，来到主函数。
先等初始化完毕后，先打开ADC2，再打开ADC1的多重ADC模式DMA，顺序一定不能错！！！
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 MX_GPIO_Init(); MX_ADC1_Init(); MX_DMA_Init(); MX_ADC2_Init(); HAL_ADC_Start(&hadc2); HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc1, (uint32_t *)&uhADCDualConvertedValue, 1 );
采值数据转换 我们已经采值到uhADCDualConvertedValue了，接下来将其转换为电压值，不要放到while(1)循环里，会不起作用，只有使用ADC中断回调才能变换，但是我怀疑中断回调对采样率造成了影响，这个我们后面再说。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 void HAL_ADC_ConvCpltCallback (ADC_HandleTypeDef* hadc) { uwADC1ConvertedValue = (uhADCDualConvertedValue & 0x00FF ); uwADC1ConvertedVoltage = uwADC1ConvertedValue * 3.3 / 0xFF ; uwADC2ConvertedValue = (uhADCDualConvertedValue >> 8 ); }
实际测量和优化实验 实际测量下，照上面的写法，我新增了一个1s的定时器，并使能中断，再在adc中断回调函数里面设置了每次执行自加2的计数值，并在定时器中断里取得值并且归零，以此来计算1s内采样到的值，即粗略判断采样频率。
然而，其实不过仅仅是68640，仅仅68ksps！而且还只是8bit的采样，采样精度十分令人不满意，速度也没有达到理想的6M。
但理论和实际差的实在太多，我也希望能找出原因来，然后我认为可能是浮点数的运算影响了采样速率，我将ADC中断回调函数更改至以下样式
1 2 3 4 5 6 7 8 9 void HAL_ADC_ConvCpltCallback (ADC_HandleTypeDef* hadc) { uwADC1ConvertedValue = (uhADCDualConvertedValue & 0x00FF ); count++; uwADC2ConvertedValue = (uhADCDualConvertedValue >> 8 ); count++; }
注释掉浮点数运算后，再进行测量，结果是达到了392856,也就是392Ksps，虽然只是8bit的精度，但其实速率很好的上去了，可以进行间断采样的方式，先将值采到足够大的数组去，再暂停采样，进行数据处理、分析，结束后再次采样，以此循环。这样就是一个很好的高速AD方案了。我没有打开FPU，打开FPU后前面在ADC中断回调函数里面进行浮点数运算的速度应该能再进一步提升。
之后，我又将中断回调函数内仅仅留下计数值自加的式子
1 2 3 4 5 6 7 8 9 void HAL_ADC_ConvCpltCallback (ADC_HandleTypeDef* hadc) { count++; count++; }
结果是采样速率进一步得到了提升，达到了418600,418K的sps，去掉了移位操作，采样率直接提升了6.5%。
总结 其实早已有理论和实际差别很大的心理准备，因为如果真的能那么理想化实现，ST公司肯定会铺天盖地的宣传，也不至于大家都基本用的ADC+DMA+定时器中断。
总的来说，双重ADC交叉采样确实是能满足一定的高速需求，但8bit的精度我认为实在有点差，之后可以采取定时器触发的方式来设置采样频率，这里使用软件触发的方式也是试图测出其能达到的上限。
当然，也许真的有办法实现更加贴近理论计算的配置方法，但我现在也尚未知晓，等我先去尝试一下其他的方法，有时间再对配置优化处理。
注意，我这里使用的计算频率的方法不一定是正确的，也有很多漏洞，但我一时想不出来较好的计算实际采样频率的方法，故以此粗略简陋办法进行计算，也许也有错误存在，若对此对读者进行误导则先行道歉。
三重ADC快速交替采样 试试三重ADC快速交替采样，首先先看看英文文档描述
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 How to use the ADC peripheral to convert a regular channel in Triple interleaved mode. The Triple interleaved delay is configured 5 ADC clk cycles. In Triple ADC mode, three DMA requests are generated: - On the first request, both ADC2 and ADC1 data are transferred (ADC2 data take the upper half-word and ADC1 data take the lower half-word). - On the second request, both ADC1 and ADC3 data are transferred (ADC1 data take the upper half-word and ADC3 data take the lower half-word). - On the third request, both ADC3 and ADC2 data are transferred (ADC3 data take the upper half-word and ADC2 data take the lower half-word) and so on. On each DMA request (two data items are available) two half-words representing two ADC-converted data items are transferred as a word.
机翻翻译是
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 如何使用ADC外设转换常规通道在三重 交错模式。 “三重交错延时”配置为5个ADC时钟周期。 在Triple ADC模式下，生成3个DMA请求: —第一次请求时，同时传输ADC2和ADC1数据(ADC2数据取 上半字和ADC1数据取下半字)。 —第二个请求同时传输ADC1和ADC3数据(ADC1数据取 上半字和ADC3数据取下半字)。 —第三次请求时，同时传输ADC3和ADC2数据(ADC3数据取 上半字和ADC2数据取下半字)等等。 对于每个DMA请求(两个数据项可用)，两个半字表示 两个adc转换的数据项作为一个字传输。
有点意思，以三次请求为一个循环，创建数组依照顺序就是
ADC1[第一次DMA传回数据下半字]>>
ADC2[第一次DMA传回数据上半字]>>
ADC3[第二次DMA传回数据下半字]>>
ADC1[第二次DMA传回数据上半字]>>
ADC2[第三次DMA传回数据下半字]>>
ADC3[第三次DMA传回数据上半字]；
以此循环
但我看英文文档里面的示例是直接求均值，顺便给他均值滤波了，也是个不错的方案。
描述是ADC123都使用通道12进行交叉采样，通过这种方法能达到12bit精度的6M采样率，周期间隔设置为5个ADC周期
1 2 3 4 The ADC1, ADC2 and ADC3 are configured to convert ADC Channel 12. By this way, the ADC can reach 6Msps, in fact the same channel is converted each 5 cycles 144/4=36；周期我们设置的5个adc周期；理论采样率为36/5=7.2M
创建工程 RCC、SYS、时钟树配置与做二重交叉采样相同，直接来看ADC的选项设置
ADC三个都选择通道12，回到ADC1，选择三重交叉模式，通道连续转换使能，去开启DMA后使能DMA连续转换模式，ADC2、ADC3保持默认设置
DMA设置还是只打开ADC1的DMA，配置与双重交叉采样时相同，这里直接用相同的图片
生成代码
生成代码修改 直接进到adc.c里的HAL_ADC_MspInit函数，删去if判断语句和后续else所有内容，加入启用ADC2、ADC3时钟代码，其他无需修改
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主运行代码 回到main.c，首先创建变量
1 __IO uint32_t aADCTripleConvertedValue[3 ];
在初始化以后，添加启用adc函数，注意初始化的顺序，如果照着不能实现，试试更改初始化代码的顺序至和现在示例一致试试看
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 MX_GPIO_Init(); MX_ADC1_Init(); MX_DMA_Init(); MX_ADC3_Init(); MX_ADC2_Init(); HAL_ADC_Start(&hadc3); HAL_ADC_Start(&hadc2); HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc1, (uint32_t *)aADCTripleConvertedValue, 3 );
这样我们就可以存储采样值了，再看看均值滤波转换的方法
更改变量为
1 2 3 4 __IO uint32_t aADCTripleConvertedValue[128 ]; uint32_t ADC3ConvertedVoltage;uint8_t i;float res;
主运行代码为
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 HAL_ADC_Start(&hadc3); HAL_ADC_Start(&hadc2); HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc1, (uint32_t *)aADCTripleConvertedValue, 128 ); while (1 ){ ADC3ConvertedVoltage = 0 ; for (i = 0 ; i < 128 ; i++) { ADC3ConvertedVoltage += (aADCTripleConvertedValue[i] << 16 ) >> 16 ; ADC3ConvertedVoltage += aADCTripleConvertedValue[i] >> 16 ; } ADC3ConvertedVoltage = ADC3ConvertedVoltage / 256 ; res = ADC3ConvertedVoltage * 3.29 / 4096 ; }
这个转换方法是我从毅子哥推荐的博主eric2013硬汉的帖子里找到的，来自安富莱电子的硬汉嵌入式论坛，我从其中学到了很多，推荐大家多看看学习。大佬eric2013又高又硬，强。
实际测量和优化实验 我将实验前面我使用的方法来粗略的测量采样频率，设置定时器2中断，周期1s
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 __IO uint32_t aADCTripleConvertedValue[128 ]; uint32_t ADC3ConvertedVoltage;uint8_t i;float res;uint32_t count=0 ;uint32_t Hz=0 ;
主函数区
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 MX_GPIO_Init(); MX_ADC1_Init(); MX_DMA_Init(); MX_ADC3_Init(); MX_ADC2_Init(); MX_TIM2_Init(); HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); HAL_ADC_Start(&hadc3); HAL_ADC_Start(&hadc2); HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc1, (uint32_t *)aADCTripleConvertedValue, 128 );
中断回调区
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 void HAL_ADC_ConvCpltCallback (ADC_HandleTypeDef* hadc) { ADC3ConvertedVoltage = 0 ; for (i = 0 ; i < 128 ; i++) { ADC3ConvertedVoltage += (aADCTripleConvertedValue[i] << 16 ) >> 16 ; ADC3ConvertedVoltage += aADCTripleConvertedValue[i] >> 16 ; } ADC3ConvertedVoltage = ADC3ConvertedVoltage / 256 ; res = ADC3ConvertedVoltage * 3.29 / 4096 ; count+=256 ; } void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback (TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim->Instance == htim2.Instance) { Hz=count; count=0 ; } }
经实验测试，HZ为4517632，也就是4.5M采样频率！！！！！！！！！且这是没有启用FPU浮点数运算的，启用FPU后说不定还能有提升，我们首先将浮点数运算注释。再进行一次。
再一次检验得到，Hz=4702208，即4.7M，也许是我飘了，0.2M已经是200Ksps了我居然觉得就提升这么一点啊，乐。
总结 也许实际采样频率并不是我这种粗略计算得到的数值，但得到4.5M我是没有想到的，这一个结果出乎意料，令我十分惊喜，接下来还需要在实际使用中试试看是否真的有4.5M的12bitADC转换。
虽然说将板载的3个ADC变得只能有一个能用，但很多时候也仅仅只需要一个高速集来即可，总的来说若真能发挥出这样的表现，那将有很多种用处。
