GD32/STM32 ADC/DMA使用指南

首先我們對ADC及DMA的基礎知識作一下簡單介紹。

一、?GD32/STM32? ADC模塊的核心要點

一）、ADC基礎特性

?12位逐次逼近型?
GD32/STM32 ADC為12位分辨率，最大量化值為4095（對應3.3V參考電壓），支持0-3.3V模擬輸入范圍。
?多通道架構?
- 外部通道：16個（部分型號支持24個外部通道）
- 內部通道：2個（溫度傳感器、內部參考電壓）
?時鐘系統?
- 模擬時鐘（ADCCLK）：由APB2時鐘分頻（/2、/4、/6、/8）生成，上限14MHz
- 數字時鐘：等同于APB2時鐘

二）、核心功能模式

?轉換模式?
- ?單次轉換?：手動觸發單次采樣
- ?連續轉換?：自動循環采樣同一通道
- ?掃描模式?：自動遍歷多通道
?通道分組機制?
- ?規則組?：常規轉換隊列（最多16路）
- ?注入組?：高優先級中斷式轉換（最多4路）
?觸發方式?
- 軟件觸發
- 硬件觸發（TIMER、EXTI等）

三）、數據管理

?對齊方式?
- 右對齊：默認模式，數據存于寄存器低12位
- 左對齊：便于快速讀取高8位數據
?校準機制?
- 上電自校準
- 溫度傳感器校準（需單獨使能）

四）、典型應用配置

// HAL庫配置示例（單通道連續轉換）
ADC_HandleTypeDef hadc;
hadc.Instance = ADC1;
hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;  // ADCCLK=21MHz
hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
hadc.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;  // 連續轉換模式
hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
HAL_ADC_Init(&hadc);

五）、進階應用方案

?DMA傳輸?
實現多通道數據自動搬運，減少CPU開銷
?定時器觸發?
精確控制采樣間隔（適用于波形采集）
?模擬看門狗?
設置電壓閾值觸發中斷（過壓/欠壓保護）

六）、關鍵注意事項

輸入阻抗匹配：建議源阻抗≤10kΩ
抗干擾設計：
- 獨立模擬供電引腳（VDDA、VSSA）
- 添加RC濾波電路
- 避免數字信號線平行走線
開啟DMA雙緩沖模式提升吞吐量
使用過采樣技術提高有效分辨率
低溫漂外部基準電壓（如REF3030）提升精度

七）、關于ADC轉換時間計算

轉換時間 = (采樣周期 + 12.5周期) / ADCCLK
例如：當ADCCLK=21MHz，采樣周期=84周期時，總轉換時間≈4.59μs37

二、GD32/STM32? DMA?介紹

?一）、DMA基礎概念

?定義與作用?
DMA（Direct Memory Access）是一種無需CPU參與的硬件數據傳輸機制，可實現外設與內存之間（如ADC數據存入數組）、內存與外設之間（如UART發送數據）或內存與內存之間的高速數據搬運56。其核心作用是釋放CPU資源，提升系統實時性與效率。
?硬件架構?
- ?雙控制器架構?：STM32F1系列包含DMA1（7通道）和DMA2（5通道，僅大容量型號支持）
- ?總線矩陣?：DMA通過總線矩陣連接AHB總線，實現與外設、存儲器的并行訪問
- ?數據流與通道?：每個DMA控制器包含獨立的數據流（Stream），每個數據流可映射至8個硬件通道（如DMA1_Channel4對應UART1_TX）

二）、DMA核心特性

?傳輸方向?
- 外設→存儲器（如ADC采集數據）
- 存儲器→外設（如SPI發送數據）
- 存儲器→存儲器（高速數據拷貝）
?數據管理?
- ?數據寬度?：支持8/16/32位，源與目標寬度可獨立配置（自動填充/截斷）
- ?地址遞增?：傳輸后自動遞增源/目標地址，支持非連續數據傳輸
- ?循環模式?：自動重置傳輸計數器，實現環形緩沖區（適用于連續采樣場景）
?優先級與仲裁?
- 軟件可設4級優先級（很高、高、中、低）
- 硬件仲裁器自動處理同優先級請求

三）、DMA配置流程（以HAL庫為例）

// 示例：配置UART通過DMA發送數據
// 1. 使能DMA時鐘
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();  // DMA1時鐘使能:ml-citation{ref="4,8" data="citationList"}// 2. 初始化DMA參數
DMA_HandleTypeDef hdma_uart_tx;
hdma_uart_tx.Instance = DMA1_Channel4;          // 選擇通道
hdma_uart_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; // 存儲器→外設
hdma_uart_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;     // 外設地址固定
hdma_uart_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;         // 存儲器地址遞增
hdma_uart_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE; 
hdma_uart_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
hdma_uart_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;            // 單次傳輸模式
HAL_DMA_Init(&hdma_uart_tx);// 3. 綁定外設與DMA
__HAL_LINKDMA(&huart1, hdmatx, hdma_uart_tx);  // 關聯UART1發送端:ml-citation{ref="4,8" data="citationList"}

四）、典型應用場景

場景	描述	關鍵配置要點
?ADC多通道采樣?	循環采集多個傳感器數據并存入數組	掃描模式 + DMA循環傳輸
?串口大數據傳輸?	高速發送/接收數據包（如Modbus通信）	雙緩沖機制 + 傳輸完成中斷
?內存高速拷貝?	內部Flash到SRAM的固件升級	存儲器到存儲器模式

五）、關鍵注意事項

?時鐘使能?
- 必須使能DMA控制器時鐘（如__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE()）和外設時鐘
?中斷管理?
- 使能傳輸完成/半傳輸/錯誤中斷，并在中斷服務函數中清除標志位
?數據對齊?
- 確保源/目標地址對齊（如32位傳輸時地址需4字節對齊）

三、ADC校正?

一）、校準核心流程

?基礎校準（標準模式）?
- 上電后執行基礎校準，消除電容誤差
- ?操作步驟?：
  ① ADC上電（ADON=1）但未啟動轉換
  ② 執行校準命令（ADC_StartCalibration(ADC1)）
  ③ 等待校準完成標志位
?內部參考電壓校準?
- 利用內置VREFINT通道（通道17）實現動態精度補償
- ?實現邏輯?：
  ① 測量VREFINT通道原始值（典型值約1.2V）
  ② 計算比例因子：Scale = VREFINT_實際值 / ADC_VREFINT原始值
  ③ 應用比例因子至其他通道

? ??????考慮到電壓校準需要手動測量VREFINT，加上我們大多應用并不需要獲取準確電壓值，只需要知道ADC值的變化，所以通常我們可以不做電壓校準。

?四、ADC程序實現示例

?一）、單通道輪詢模式（標準庫）

// 引用[1][8]的配置邏輯
#include "stm32f10x.h"void ADC1_Init(void) {// 開啟時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// 配置ADC時鐘為PCLK2的6分頻（ADCCLK=12MHz）RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); // GPIO配置為模擬輸入GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);// ADC參數配置ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;       // 獨立模式ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;   // 右對齊ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;      // 單次轉換ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;            // 非掃描模式ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);// 校準ADCADC_Cmd(ADC1, ENABLE);ADC_ResetCalibration(ADC1);while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));ADC_StartCalibration(ADC1);while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}uint16_t Get_ADC_Value(void) {ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);  // 啟動轉換while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)); // 等待轉換完成return ADC_GetConversionValue(ADC1);     // 返回12位轉換結果
}

?二）、多通道DMA傳輸（標準庫)

void	ADC1_Init(void)
{
#if 1GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;u8	rank = 1;/* Enable DMA clock */RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	/* Enable ADC1 clock */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);/* Configure PB0 & PB1 as analog input */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PAPER_END_SEN | PAPER_IN_SEN;// | GPIO_BM_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_Init(GPIO_SENSOR, &GPIO_InitStructure);				// PB0 & PB1,輸入時不用設置速率/* DMA channel1 configuration */DMA_DeInit(DMA1_Channel1);DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&ADC1->DR;;	 //ADC地址DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)SensorNow.ADC_Val;//內存地址DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_CH_MAX;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外設地址固定DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  //內存地址增加DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;	//半字DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;		//循環傳輸DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);/* Enable DMA channel1 */DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);/* ADC1 configuration */ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//獨立ADC模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE ; 	 //使能掃描模式，掃描模式用于多通道采集ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;	//開啟連續轉換模式ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//不使用外部觸發轉換ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; 	//采集數據右對齊ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = ADC_CH_MAX;	 	//通道數目ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);/*配置ADC時鐘，為PCLK2的8分頻，即9MHZ*/RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); /*配置ADC的通道采樣周期及序列 */ ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_15, rank ++, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_14, rank ++, ADC_SampleTime_55Cycles5);
/* Enable ADC1 DMA */ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);/* Enable ADC1 */ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);/*復位校準寄存器*/   ADC_ResetCalibration(ADC1);/*等待校準寄存器復位完成*/while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));/* ADC校準*/ADC_StartCalibration(ADC1);/* 等待校準完成*/while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));/* 前面設置為不使用外部觸發轉換，所以使用軟件觸發ADC轉換 */ ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
#endif	
}

?三）、定時器觸發ADC采樣（標準庫）

? ?1、TIM定時器配置?

?時鐘使能與模式設置?
選擇TIM工作模式（如PWM模式或基本定時模式），配置預分頻器（PSC）和自動重載值（ARR）以設定觸發頻率。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); // 使能TIM3時鐘TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;
TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = 72 - 1;       // 72MHz/72=1MHz
TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_InitStruct.TIM_Period = 1000 - 1;        // 觸發頻率1kHz (1MHz/1000)
TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_InitStruct);TIM_SelectOutputTrigger(TIM3, TIM_TRGOSource_Update); // 更新事件觸發TRGO
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                // 啟動定時器

2. ?ADC觸發源配置
ADC初始化與外部觸發選擇?
啟用ADC外部觸發，選擇TIM的TRGO事件作為觸發源。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); // 使能ADC1時鐘ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;          // 獨立模式
ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;               // 單通道掃描
ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;         // 單次轉換模式
ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO; // TIM3觸發
ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;      // 右對齊
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5); // 配置通道0
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);                                                       // 啟動ADC