STM32F103C8T6-ADC + DMA采集，TIM 控制采样率

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已于 2025-03-19 12:49:43 修改

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分类专栏： STM32 文章标签： stm32 嵌入式硬件单片机

于 2025-02-21 17:36:03 首次发布

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文章目录

一、题目
二、基础知识
三、CubeMX 配置
四、代码编写：
注意事项
关于修改采样率如何实现？

一、题目

ADC采集（使用 PA0 引脚），采集电压信号，采样率可控，通过串口发送至串口助手上，同时显示到 OLED 上。

二、基础知识

1. 逐次逼近法

二分比较确定电压值
分辨率：12 位 ADC

2. 定时器

3. 使用 DMA

预分频器：设置为 N - 1，则可进行 N 分频
自动重装载寄存器：如果想定时 m 个脉冲，就设置自动重装载寄存器为 m - 1

4. 如何控制采样率？

让 ADC 以定时器（TIM3）触发作为采样时钟，在按键回调中修改定时器的频率(Period/Prescaler)，从而改变 ADC 的触发频率。具体的内容在本文中没有实现，将 GPT 回答的内容附在文末。

三、CubeMX 配置

RCC: 将高速外部时钟源设置为晶振
SYS：设置串口 debug
NVIC: 不用设置
ADC1: 设置定时器 3 触发，设置 DMA
TIM3: 设置内部时钟，自动重装载，预分频，ARR, 事件触发
USART2：输出 ADC 测量结果。
I2C2：
时钟设置：ADC1、ADC2 都依靠 APB2 的时钟线，频率不宜太快，在 F103 上不超过 14MHz。将 ADC 专用分频器改为 / 6，即将 ADC 频率改为 12MHz。

四、代码编写：

串口重定向：usart.c

/* USER CODE BEGIN 1 */
int fputc(int ch,FILE *f){ // 串口重定向
	HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)&ch, 1, 0xffff);
	return ch;
}

int fgetc(FILE *f){
	uint8_t ch = 0;
	HAL_UART_Receive(&huart2, &ch, 1, 0xffff);
	return ch;
}
/* USER CODE END 1 */

修改 ADC 转换完成标志：stm32f1xx_it.c

/* USER CODE BEGIN PV */
extern uint8_t adcConvEnd; // 引入外部变量

/* USER CODE END PV */
/**
  * @brief This function handles DMA1 channel1 global interrupt.
  */
void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN DMA1_Channel1_IRQn 0 */

  /* USER CODE END DMA1_Channel1_IRQn 0 */
  HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_adc1);
  /* USER CODE BEGIN DMA1_Channel1_IRQn 1 */
	adcConvEnd = 1; // 触发 DMA 中断，告诉 CPU 采集完毕，程序根据该变量的变化得知采集完毕
//	HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, adc_buff, 200);
  /* USER CODE END DMA1_Channel1_IRQn 1 */
}

添加 OLED 模块
主函数之头文件

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "oled.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/* USER CODE END Includes */

定义采样数组长度

/* USER CODE BEGIN PD */
#define ADC_BUFFER_LENGTH 200
/* USER CODE END PD */

/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t adc_buff[200] = {0}; // 存放 ADC 采集的数据
uint32_t value = 0;
float voltage = 0.0f;
long long count = 0;
/* adcConvEnd 用于检测 ADC 是否采集完毕
	0：没有采集完毕
	1：采集完毕
*/
__IO uint8_t adcConvEnd = 0; // ADC 转换是否完成的变量
/* USER CODE END PV */

初始化和开始 DMA

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	OLED_Init();
	OLED_Clear();
	
	HAL_TIM_Base_Start(&htim3); // 开启定时器
	HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1); // ADC 校准
	HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buff, ADC_BUFFER_LENGTH); // 开始 DMA 采集，采集 200 个存到 adc_buff 数组; 使用强制类型转换成 32 位
  /* USER CODE END 2 */

主循环: 使用一个计数器来降低 OLED 和串口的显示频率。因为是 normal 模式，在最后开启 DMA。

  while (1)
  {
		if (adcConvEnd){ // 使用 Normal 模式，转换完成后中断
			adcConvEnd = 0; // 清除标志
			value = adc_buff[0]; // 取第一个值
			voltage = (value / 4095.0f) * 3.3f; // 12 位 ADC
			count ++;
			if (count % 500 == 0){
				printf("ADC value = %d, Voltage = %.3f V\r\n", value, voltage); // 通过串口发送数据
				count %= 500;
				OLED_Refresh_Gram();
				OLED_ShowNum(0, 0, value, 4, 16);
				OLED_ShowNum(0, 16, voltage, 1, 16);
				OLED_ShowChar(9, 16, '.', 16, 1);

				if ((uint16_t)(voltage * 100) % 100 < 10 && 0 < (uint16_t)(voltage * 100) % 100){
					OLED_ShowChar(14, 16, '0', 16, 1);
				}else if ((uint16_t)(voltage * 100) == 0){
					OLED_ShowChar(14, 16, '0', 16, 1);
					OLED_ShowChar(22, 16, '0', 16, 1);
				}
				else{
					OLED_ShowNum(14, 16, (uint16_t)(voltage * 100) % 100, 2, 16);
				}
			}
			
			HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buff, ADC_BUFFER_LENGTH); // 中断结束，重新开始 DMA 采集
		}
			
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

注意事项

Keil打印浮点数
勾选MicroLIB库，否则没法使用printf

重开之后，参考这篇文章：
STM32HALADC+TIM+DMA采集交流信号基于cubemX
- 使用外部触发 ADC 采样，使用 TIM3 的 TRGO 信号，能够达到 100kHz 采样的效果，这就是硬件触发的好处，软件触发（定时器）达不到这样的采样率。因为 CPU 不能以这样的速度执行。因此，使用 ADC、TIM、DMA 这三个采样不需要 CPU 的干预。
- 串口重定向：在 usart.c 中添加 fputc 与 fgetc 函数，就能实现使用 printf 和 scanf 进行串口输入和输出，免去编写特定的串口发送和接收函数。
- __IO 的写法等效于 volatile ，用来表示“读/写”（Read/Write）的寄存器或变量，这能确保编译器不会对带 __IO 的变量进行不安全的优化，比如寄存器缓存、指令重排等，从而保证每次访问的都是硬件或存储器的最新值。
- 在 SYS 勾选 Debug: Serial Wire，否则无法 debug
- 12 位 ADC 通常采集数据格式是 16 位（half-word），因此要将缓冲区定义为：uint16_t, 然后在 DMA 的调用函数中设置强制类型转换：(uint32_t*)adc_buff，否则采集到的 ADC 数据是乱码。

关于修改采样率如何实现？

要实现“先用 100k 的速率采集一组数据，然后不重新烧录、不复位，就在程序里把采样速率改到 200k 再采集”的关键，是“动态修改用于触发 ADC 的定时器参数”。在 STM32 中，常见的办法就是在运行中直接写定时器寄存器（或通过 HAL 宏函数）去修改计数器的自动重装载值（ARR）和预分频器（PSC）。大致步骤可以是：

确定如何由定时器触发 ADC
一般是在 CubeMX 中将某个定时器的 Update Event（或比较通道）配置为 ADC 的触发源。例如你这里用的是 TIM3 触发 ADC1，那么只要我们改变了 TIM3 的计数周期，ADC 的触发频率也就跟着变。
通过 ARR 和 PSC 计算定时器输出频率
在不考虑时钟树分频的前提下，定时器更新频率的计算公式通常是
$f_{\text{update}} = \frac{f_{\text{TIM时钟}}}{(\text{PSC}+1)\times(\text{ARR}+1)}$
如果想要 100 kHz 的触发频率，先选好 PSC 和 ARR，让这个公式结果是 100000。想要改成 200 kHz，就再选一组新的 PSC/ARR，保证结果是 200000。

在代码中动态写寄存器

直接访问寄存器的方式类似：

TIM3->PSC = newPSC;
TIM3->ARR = newARR;

或者用 HAL 提供的宏函数：

__HAL_TIM_SET_PRESCALER(&htim3, newPSC);
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, newARR);

通常还需要在改完之后清零计数器或重新启动定时器：

__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3, 0);
// 如果需要，可以先 Stop，再 Start
HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);
HAL_TIM_Base_Start(&htim3);

这样就真正让 TIM3 按新的周期在跑。

两次采集的流程示例
- 第一次：先用 100k 的参数启动定时器和 ADC DMA，采集你需要的 200 个点（或更多），等 DMA 传输完成或某种标志位达到以后，数据就收集完毕。
- 动态改频率：在采集完毕之后（比如你检测到 adcConvEnd == 1），调用上面提到的修改定时器参数的代码，把 TIM3->ARR 和 TIM3->PSC 设置成能得到 200kHz 的一组值，然后重新启动定时器。
- 第二次：此时再启动一次 HAL_ADC_Start_DMA(...)，ADC 触发就会以新的 200k 速率进行。完成后再取到新的采样数据。
不需要重新烧录代码
上述所有操作都只是在程序运行过程中，通过对寄存器进行写操作来动态修改采样频率。不需要重新下载程序或复位就可以完成频率切换。

总结：

先在 CubeMX 中确保 TIMx -> ADC 的触发链接正确；
根据目标采样率(100k / 200k)，计算好对应 PSC 和 ARR；
在需要切换采样率时，给定时器相关寄存器赋上新的值（或通过 HAL 宏）；
重新启动定时器和 ADC DMA，即可在同一趟程序里不重新烧录就完成采样率的动态切换。这样就能先收一批 100kHz 下的数据，再收一批 200kHz 下的数据。