《ATK-DFPGL22G之FPGA开发指南_V1.0》第三十四章

正点原子

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第三十四章 单通道ADC采集（DMA读取）实验

本章介绍使用APM32E103的DMA进行单通道的ADC采集。通过本章的学习，读者将学习到DMA、ADC的使用。
本章分为如下几个小节：
34.1 硬件设计
34.2 程序设计
34.3 下载验证


34.1 硬件设计
34.1.1 例程功能
1. ADC1采集通道1（PA1）上的电压，并在LCD上显示ADC转换后电压的数字量和换算后的模拟量
2. LED0闪烁，指示程序正在运行
34.1.2 硬件资源
1. LED
        LED0 - PB5
2. 正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块（仅限MCU屏，16位8080并口驱动）
3. ADC1
        通道1 - PA1
4. DMA1
        通道1 - Channel1
34.1.3 原理图
本章实验使用的ADC1为APM32E103的片上资源，因此没有对应的连接原理图。
34.2 程序设计
34.2.1 Geehy标准库的DMA驱动
本章实验中使用DMA1通道1的外设到存储器模式，将ADC1的转换结果保存到指定的存储器中，其具体的步骤如下：
①：根据需求配置DMA1通道1
②：使能DMA1通道1的传输完成中断
③：使能DMA1中断，并配置其相关的中断优先级
④：使能DMA1通道1进行数据传输
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
①：配置DMA通道
请见第32.2.1小节中配置DMA通道的相关内容。
②：使能DMA的指定中断
该函数用于使能DMA的指定中断，其函数原型如下所示：
void DMA_EnableInterrupt(DMA_Channel_T *channel, uint32_t interrupt);
该函数的形参描述，如下表所示：

表34.2.1.1 函数DMA_EnableInterrupt()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表34.2.1.2 函数DMA_EnableInterrupt()形参描述

该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_dma.h"

void example_fun(void)
{
    /* 使能DMA1通道1传输完成中断 */
    DMA_EnableInterrupt(DMA1_Channel1, DMA_INT_TC);
}
③：使能DMA中断
请见第12.2.3小节中配置中断的相关内容
④：使能DMA通道
请见第32.2.1小节中使能DMA通道的相关内容。
34.2.2 Geehy标准库的ADC驱动
本章实验与上一章实验一样，使用ADC1的通道1（PA1引脚）采集外部电压，不同之处在于，本章使用利用DMA自动将ADC1转换的结果保存到指定的存储器中，其具体的步骤如下：
①：使能ADC1和DMA2时钟
②：配置ADC1引脚
③：配置ADC1
④：使能ADC1发出DMA请求
⑤：配置ADC1通道1规则通道
⑥：使能ADC1
⑦：启动ADC1转换规则通道
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
①：配置ADC
请见第33.2.1小节中配置ADC的相关内容。
②：使能ADC的DMA模式
该函数用于使能ADC的DMA模式，其函数原型如下所示：
void ADC_EnableDMA(ADC_T* adc);
该函数的形参描述，如下表所示：

表34.2.2.1 函数ADC_EnableDMA()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表34.2.2.2 函数ADC_EnableDMA()返回值描述

该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_adc.h"

void example_fun(void)
{
    /* 使能ADC1的DMA模式 */
    ADC_EnableDMA(ADC1);
}
③：配置ADC规则通道
请见第33.2.1小节中配置ADC规则通道的相关内容。
④：使能ADC
请见第33.2.1小节中使能ADC的相关内容。
⑤：启动转换规则通道
请见第33.2.1小节中启动转换规则通道的相关内容。
34.2.3 ADC驱动
本章实验的ADC驱动主要负责向应用层提供ADC初始化和启动ADC的DMA采集的函数，同时实现DMA的中断回调函数。本章实验中，ADC的驱动代码包括adc.c和adc.h两个文件。
ADC驱动中，对DMA、GPIO、ADC的相关宏定义，如下所示：
/* ADC通道及引脚定义 */
#define ADC_ADCX_CHY_GPIO_PORT          GPIOA
#define ADC_ADCX_CHY_GPIO_PIN           GPIO_PIN_1
#define ADC_ADCX_CHY_GPIO_CLK_ENABLE()  do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOA); }while(0)

#define ADC_ADCX                        ADC1
#define ADC_ADCX_CHY                    ADC_CHANNEL_1
#define ADC_ADCX_CHY_CLK_ENABLE()       do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_ADC1); }while(0)

#define ADC_ADCX_DMAx                   DMA1_Channel1
#define ADC_ADCX_DMAx_IRQn              DMA1_Channel1_IRQn
#define ADC_ADCX_DMAx_IRQHandler        DMA1_Channel1_IRQHandler
ADC驱动中，ADC的初始化函数，如下所示：
/**
* @brief   初始化ADC和DMA
* @note    公式：TCONV=采样时间+12.5个周期
*          采样时间由 SMPCYCCFGx[2:0]位控制，最小采样周期为1.5个，当
*          ADCCLK=14MHz，采样时间为1.5周期：TCONV=1.5l,周期+12.5,周期=14,周期=1us。
* @param   无
* @retval  无
*/
void adc_dma_init(uint32_t mar)
{
    ADC_Config_T adc_init_struct;
    GPIO_Config_T gpio_init_struct;
    DMA_Config_T dma_init_struct;
   
    /* 使能时钟 */
    ADC_ADCX_CHY_CLK_ENABLE();                      /* 使能ADC时钟 */
ADC_ADCX_CHY_GPIO_CLK_ENABLE();                 /* 使能GPIOA时钟 */
/* 置ADC分频因子6，120MHz/6=20MHz,ADC时间频率不能超过20MHz */
    RCM_ConfigADCCLK(RCM_PCLK2_DIV_6);
   
    if ((uint32_t)ADC_ADCX_DMAx > (uint32_t)DMA2)
{
/* 使能DMA2时钟 */
        RCM_EnableAHBPeriphClock(RCM_AHB_PERIPH_DMA2);
    }
    else
{
/* 使能DMA1时钟 */
        RCM_EnableAHBPeriphClock(RCM_AHB_PERIPH_DMA1);
    }
   
    /* 配置ADC引脚 */
    gpio_init_struct.pin = ADC_ADCX_CHY_GPIO_PIN;   /* ADC通道IO引脚 */
gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_ANALOG;       /* 模拟输入 */
/* 初始化ADC引脚 */
    GPIO_Config(ADC_ADCX_CHY_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
    ADC_Reset(ADC_ADCX);                            /* 复位ADC1 */
   
    /* 配置ADC */
    adc_init_struct.mode = ADC_MODE_INDEPENDENT;    /* ADC工作模式：独立模式 */
    adc_init_struct.scanConvMode = DISABLE;         /* 模数转换工作在单通道模式 */
adc_init_struct.continuosConvMode = ENABLE;     /* 模数转换工作在连续转换模式 */
/* 转换由软件而不是外部触发启动 */
adc_init_struct.externalTrigConv = ADC_EXT_TRIG_CONV_None;
/* ADC数据右对齐 */
adc_init_struct.dataAlign = ADC_DATA_ALIGN_RIGHT;
/* 顺序进行规则转换的ADC通道的数目 */
adc_init_struct.nbrOfChannel = 1;
/* 初始化外设ADCx的寄存器 */
    ADC_Config(ADC_ADCX, &adc_init_struct);
    ADC_EnableDMA(ADC_ADCX);                        /* 使能ADC发出DMA请求 */
    ADC_Enable(ADC_ADCX);                           /* 使能指定的ADC1 */
ADC_ResetCalibration(ADC_ADCX);                 /* 使能复位校准 */
/* 读取指定的ADC校准重置状态 */
    while(ADC_ReadResetCalibrationStatus(ADC1));
ADC_StartCalibration(ADC1);                     /* 开始校验 */
/* 获取指定的ADC校准开始标志 */
    while(ADC_ReadCalibrationStartFlag(ADC1));
   
    /* 配置ADC通道 */
    ADC_ConfigRegularChannel(ADC_ADCX, ADC_ADCX_CHY, 1, ADC_SAMPLETIME_239CYCLES5);                       /* 配置指定ADC规则通道 */
   
    /* 复位DMA1 */
DMA_Reset(ADC_ADCX_DMAx);
/* 等待DMA可配置 */
    while (ADC_ADCX_DMAx->CHCFG_B.CHEN != RESET);
   
/* 外设基地址 */
dma_init_struct.peripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->REGDATA;
/* DMA内存基地址 */
dma_init_struct.memoryBaseAddr = mar;
/* 数据传输方向 */
dma_init_struct.dir = DMA_DIR_PERIPHERAL_SRC;
/* 传输的数据项数目 */
dma_init_struct.bufferSize = 0;
/* 外设增量模式 */
dma_init_struct.peripheralInc = DMA_PERIPHERAL_INC_DISABLE;
/* 存储器递增模式 */
dma_init_struct.memoryInc = DMA_MEMORY_INC_ENABLE;
/* 外设数据大小 */
dma_init_struct.peripheralDataSize = DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_HALFWORD;
/* 存储器数据大小 */
dma_init_struct.memoryDataSize = DMA_MEMORY_DATA_SIZE_HALFWORD;
/* 正常工作模式 */
dma_init_struct.loopMode = DMA_MODE_NORMAL;
/* 优先级 */
dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
/* DMA通道x没有设置为内存到内存传输 */
dma_init_struct.M2M = DMA_M2MEN_DISABLE;
/* 配置DMA通道 */
    DMA_Config(ADC_ADCX_DMAx, &dma_init_struct);
   
    DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC1);             /* 清除指定DMA通道的标志 */
    NVIC_EnableIRQRequest(ADC_ADCX_DMAx_IRQn, 3, 0);/* 配置DMA中断 */
    DMA_EnableInterrupt(ADC_ADCX_DMAx, DMA_INT_TC); /* 使能DMA通道传输完成中断 */
}
从上面的代码中可以看出，该ADC的初始化函数与上一章实验中的ADC初始化函数是十分类似的，不过本章实验配置的ADC使能了连续转换模式，同时使能了DMA，因此也完成了DMA的相关初始化配置，同时，函数的形参为DMA传输存储器的目的地址。
ADC驱动中，启动ADC的DMA采集的函数，如下所示：
/**
* @brief       使能一次DMA传输ADC数据
* @param       ndtr: DMA传输的数据量
* @retval      无
*/
void adc_dma_enable(uint16_t ndtr)
{
    ADC_Disable(ADC_ADCX);                       /* 禁用ADC */
    DMA_Disable(ADC_ADCX_DMAx);                  /* 禁止DMA通道 */
    while (ADC_ADCX_DMAx->CHCFG_B.CHEN != RESET);/* 等待DMA可配置 */
    DMA_ConfigDataNumber(ADC_ADCX_DMAx, ndtr);   /* 配置DMA通道传输的数据项数目 */
    DMA_Enable(ADC_ADCX_DMAx);                   /* 使能DMA通道 */
    ADC_Enable(ADC_ADCX);                        /* 使能ADC */
    ADC_EnableSoftwareStartConv(ADC_ADCX);       /* 启动ADC转换规则通道 */
}
从上面的代码中可以看到，启动ADC的DMA传输就是先后使能DMA和ADC，因为ADC初始化中使能了ADC的连续转换模式，因此开启转换后，ADC便会连续地进行转换，同时DMA也会连续地将转换结果传输到指定的目的存储器中去，直至DMA传输完毕。
ADC驱动代码中，DMA的中断回调函数，如下所示：
/**
* @brief       DMA中断服务函数
* @param       无
* @retval      无
*/
void ADC_ADCX_DMAx_IRQHandler(void)
{
    /* 判断DMA1_Channel1传输完成中断标志 */
    if (DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC1) == SET)   
    {
        g_adc_dma_sta = 1;                    /* 标记DMA1_Channel1传输完成 */
        DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC1);   /* 清除DMA1_Channel1传输完成标志 */
    }
}
DMA的中断回调函数中可以看到，就是在DMA传输完成后，将DMA传输完成的标志变量置1。
34.2.4 实验应用代码
本章实验的应用代码，如下所示：
#define ADC_DMA_BUF_SIZE 100                         /* ADC DMA缓冲区大小 */

static uint16_t g_adc_dma_buf[ADC_DMA_BUF_SIZE];     /* ADC DMA缓冲区 */
extern uint8_t g_adc_dma_sta;                        /* DMA传输完成标志 */

int main(void)
{
    uint16_t i;
    uint32_t sum;
    uint16_t adcdata;
    uint16_t voltage;
   
    NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_4); /* 设置中断优先级分组为组4 */
    sys_apm32_clock_init(15);                        /* 配置系统时钟 */
    delay_init(120);                                 /* 初始化延时功能 */
    usart_init(115200);                              /* 初始化串口 */
    led_init();                                      /* 初始化LED */
    lcd_init();                                      /* 初始化LCD */
    adc_dma_init((uint32_t)g_adc_dma_buf);           /* 初始化ADC和DMA */
    adc_dma_enable(ADC_DMA_BUF_SIZE);                /* 使能一次DMA传输ADC数据 */
   
    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "APM32", RED);
    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "ADC DMA TEST", RED);
    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "ADC1_CH1_VAL:", BLUE);
    lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "ADC1_CH1_VOL:0.000V", BLUE);
   
    while (1)
    {
        if (g_adc_dma_sta == 1)                 /* 等待DMA传输结束 */
        {
            sum = 0;
            
            for (i=0; i < ADC_DMA_BUF_SIZE; i++)/* 对ADC的多次采样值进行均值滤波 */
            {
                sum += g_adc_dma_buf;
            }
            adcdata = sum / ADC_DMA_BUF_SIZE;
/* 显示原始值 */
            lcd_show_xnum(134, 110, adcdata, 5, 16, 0, BLUE);           
            
            voltage = (adcdata * 3300) / 4095;  /* 计算实际电压值（扩大1000倍） */
/* 显示电压值的整数部分 */
            lcd_show_xnum(134, 130, voltage / 1000, 1, 16, 0, BLUE);
/* 显示电压值的小数部分（保留三位小数） */
            lcd_show_xnum(150, 130, voltage % 1000, 3, 16, 0x80, BLUE);
            
            g_adc_dma_sta = 0;                  /* 清除DMA传输结束标志 */
            adc_dma_enable(ADC_DMA_BUF_SIZE);   /* 使能下一次DMA传输ADC数据 */
        }
        LED0_TOGGLE();
        delay_ms(100);
    }
}
从上面的代码中可以看出，应用代码中定义了一个数组作为DMA传输的目的存储器，随后在完成相关初始化后，就开启ADC的DMA传输，随后便等待DMA传输完成，DMA传输完成后对所有ADC转换的结果进行均值滤波后在LCD上进行显示，同时显示转换的电压模拟量。
34.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以看到LCD上不断地刷新显示ADC1通道1（PA1引脚）采集到电压的数字量和模拟量，此时可以通过杜邦线给PA1引脚接入不同的电压值（注意共地，且输入电压不能超过3.3V，否则可能损坏开发板），可以看到LCD上显示的电压数字量和模拟量也随之改变。