ADC采样时间、采样周期、采样频率计算方法

一、概述

ADC转换就是输入模拟的信号量转换成数字量。读取数字量必须等转换完成后,完成一个通道的读取叫做采样周期。采样周期一般来说=转换时间+读取时间,而转换时间=采样时间+12.5个时钟周期。采样时间是你通过寄存器告诉STM32采样模拟量的时间,设置越长越精确

二、STM32 ADC采样频率的确定
ADCCLK通常是由“AHB分频”->“HCLK(MHz)”->“APB2分频”->“ADC分频”得到的,ADC使用若干个ADC_CLK周期对输入电压采样,采样周期数目可以通过ADC_SMPR1和ADC_SMPR2寄存器中的SMP[2:0]位而更改。每个通道可以以不同的时间采样,就是设置采样周期SampleTime。
总转换时间如下计算:
TCONV(转换时间) = 采样时间(设置采样周期SampleTime)+ 12.5个周期,其中12.5个周期是采集12位AD时间是固定的。
采样时间周期类型:
000:1.5周期 100:41.5周期
001:7.5周期 101:55.5周期
010:13.5周期 110:71.5周期
011:28.5周期 111:239.5周期

例如:
当ADCCLK=14MHz(周期) 和 1.5周期的采样时间:
赫兹转换:1MHZ=1000KHZ=1000000HZ
时间换算:1s(秒)=1000ms(毫秒),1s=103ms(毫秒)=106us(微秒)=109ns(纳秒)=1012ps(皮秒)
周期与频率的关系:T=1/f,f=1/T(其中f为频率,T为周期)
得出每秒14MHz,那么1HZ的时间周期为 1/14000000s
TCONV(转换时间) = 1.5周期 + 12.5周期 = 14周期 = 14/14000000秒 = 1us(微秒)

三、具体分析如下
(1)我们的输入信号是50Hz (周期为20ms),初步定为1周期200个采样点,(注:一周期最少采20个点,即采样率最少为1k) ,每2个采样点间隔为20ms/200=100us,在一个输入信号周期(20ms)内100us就要采集

<think>好的,我现在需要帮助用户解决关于STM32 DMA ADC采样周期配置和计算的问题。首先,用户提到了他们之前的问题和我的回答,所以我要确保参考之前的对话内容。用户引用了两个站内资料,其中提到了ADC采样率计算、定时器和DMA的作用,以及转换时间的组成。我需要将这些信息整合到当前的回答中。 首先,用户的问题是关于ADC采样周期和DMA配置的计算方法。他们可能想知道如何设置ADC采样时间,如何计算最大采样率,以及如何通过DMA优化数据传输。根据引用[1],ADC的极限采样率需要定时器和DMA配合,而引用[2]提到转换时间包括采样时间和固定的12.5个时钟周期。这些信息需要结合到回答中。 接下来,我需要考虑用户可能的背景。他们可能正在开发需要高速数据采集的应用,比如音频处理或传感器数据采集,因此需要优化ADC和DMA的配置以提高效率。用户可能对如何计算理论最大采样率,以及实际配置时的参数设置(如定时器的预分频和周期值)有疑问。 我需要分步骤回答,首先解释ADC采样周期的组成,然后讨论如何配置DMA,接着计算理论采样率,再结合定时器设置实际采样率,最后给出配置示例。同时,用户之前的问题中提到了DMA的配置步骤,我需要确保这里的内容与之衔接,比如DMA的初始化、传输方向等。 需要注意用户可能混淆的地方,比如ADC时钟与系统时钟的关系,定时器如何触发ADC采样,以及DMA如何自动搬运数据而不需要CPU干预。此外,用户可能关心如何避免数据溢出或丢失,所以需要提到循环模式和双缓冲技术。 在引用文献时,要正确标注引用[^1]和[^2],确保用户明白这些信息来自他们提供的资料。同时,生成的相关问题需要覆盖用户可能进一步探索的方向,比如如何优化采样精度、处理数据错位或使用高级DMA特性。 最后,要保持回答结构清晰,使用代码示例和公式来增强理解,比如用LaTeX展示采样率的计算公式,以及定时器频率的计算。确保所有技术术语准确,并避免错误,比如正确区分ADC时钟分频和定时器分频的设置。 总结一下,我需要将ADC采样周期的计算、DMA配置步骤、定时器联动以及实际应用中的注意事项整合成一个逻辑清晰的教程,同时引用用户提供的资料,并预见到他们可能遇到的后续问题,生成相关的问题列表以供进一步学习。</think>### STM32 DMA ADC采样周期配置与计算方法 #### 一、ADC采样周期组成 STM32 ADC的**总转换时间**由以下两部分组成[^2]: $$ T_{\text{conv}} = T_{\text{sample}} + 12.5 \times T_{\text{ADC\_CLK}} $$ 其中: - $T_{\text{sample}}$:采样时间(可配置,如1.5/7.5/13.5个ADC时钟周期) - $T_{\text{ADC\_CLK}}$:ADC时钟周期(由APB2时钟分频得到) 例如:当ADC时钟频率为$14\text{MHz}$,采样时间配置为1.5周期时: $$ T_{\text{conv}} = \frac{1.5 + 12.5}{14 \times 10^6} \approx 1\mu s \quad \Rightarrow \text{理论最大采样率}=1\text{MSPS} $$ --- #### 二、DMA配置要点 1. **触发方式选择** - **软件触发**:适合单次采样 - **定时器触发**(推荐):通过定时器TRGO事件触发ADC,实现**等间隔采样**[^1] ```c TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGOSource_Update); // 定时器更新事件触发ADC ``` 2. **DMA参数设置** ```c DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; // 循环模式(持续采集) DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = BufferSize; // 缓冲区大小(与ADC采样深度匹配) DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; // 16位ADC数据 ``` --- #### 三、理论最大采样率计算 1. **ADC时钟分频** STM32F103的ADC最大时钟为$14\text{MHz}$(APB2时钟分频后)[^2]: ```c RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); // APB2=72MHz → ADC_CLK=72/6=12MHz ``` 2. **极限采样率公式** $$ f_{\text{max}} = \frac{f_{\text{ADC\_CLK}}}{T_{\text{sample}} + 12.5} $$ 例如:ADC时钟$f_{\text{ADC\_CLK}}=36\text{MHz}$,采样时间配置为3周期时: $$ f_{\text{max}} = \frac{36}{3 + 12.5} \approx 2.32\text{MSPS} $$ --- #### 四、定时器+DMA实际配置案例 以生成$2\text{MHz}$采样率为例(APB1定时器时钟$72\text{MHz}$)[^1]: 1. **定时器参数计算** $$ f_{\text{TIM}} = \frac{f_{\text{TIM\_CLK}}}{(\text{PSC}+1) \times (\text{ARR}+1)} = \frac{72\text{MHz}}{(3+1) \times (8+1)} = 2\text{MHz} $$ ```c TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct; TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = 3; // 预分频值 TIM_InitStruct.TIM_Period = 8; // 自动重装载值 ``` 2. **ADC配置联动** ```c ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_3Cycles); // 通道0,采样时间3周期 ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); // 使能ADC DMA请求 ``` --- #### 五、关键问题与优化 1. **数据对齐问题** - 12位ADC数据建议使用16位存储器对齐(`DMA_PeripheralDataSize_HalfWord`) - 启用DMA中断处理数据缓冲区切换 2. **实际限制因素** - DMA传输延迟(需满足$T_{\text{DMA}} < T_{\text{sample}}$) - 存储器带宽限制(高速采样时建议使用SRAM) ---
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