ADC及DMA的使用原理和使用过程

ADC(Analog-Digital Converter) 模拟-数字转换器

可以将引脚上连续变化的模拟电压转换为内存中存储的数字变量，建立模拟电路到数字电路的桥梁

ADC主要用于传感器，传感器一般是利用电阻电容等测量外界信息的物理量，导致测量电路电压发生变化，产生模拟信号，二单片机只能读取数字信号，所以就需要我们把模拟信号转变为数字信号

ADC的类型

• 积分型：工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器、计数器获得数值。优点是用简单电路就能获得高分辨率，缺点是慢。已逐渐淘汰。
• 逐次逼近型：由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB(Most Significant Bit)开始，将输入电压的每一位与内置DA转换器输出进行顺序比较，经n次比较后输出数字值；为中等电路规模。优点是速度快，功耗低，低分辨率(<12bit)时价格较低，反之价格很高。
• 并行比较型/串行比较型：采用多个比较器，仅做一次比较就实行转换，也叫Flash型。n位的转换需要n-1个比较器，因此电路规模极大，价格很高，一般只适用于视频AD转换器等高速领域。

ADC的通道

ADC的转换模式

• 单通道单次转换模式：ADC只执行一次转换，只能用于单通道
• 单通道连续转换模式：转换结束后马上开始新的转换，只能用于单通道
• 多通道单次转换模式：ADC扫描选中的所有通道，在每个组的每个通道上执行单次转换。每个转换结束时，这一组的下一个通道会被自动转换。若设置了连续转换模式，转换会在选择组的最后一个通道停止。
• 多通道多次转换模式：ADC扫描选中的所有通道，在每个组的每个通道上执行单次转换。每个转换结束时，这一组的下一个通道会被自动转换。若设置了连续转换模式，转换不会在选择组的最后一个通道停止，而是再次从选择组的第一个通道继续转换。
• 间断模式：触发一次只转换一个通道。在所选转换通道循环，由触发信号启动新一轮EOC(End of Conversion)表示单个通道是否转换完毕，EOS(End of Sequence)表示所有通道是否转换完毕

ADC采样时间计算

STM32 ADC总转换时间为：TCONV = 采样时间 + 12.5个ADC周期

ADC有一个内置校准模式，校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的误差。校准期间，每个电容器上都会计算出一个误差修正码，用于消除随后的转换中每个电容器上产生的误差，建议在每次上电后执行一次校准，启动校准前ADC必须处于关电状态超过至少两个ADC时钟周期。在HAL库中，ADC启动后添加四个函数。

ADC采样配置的步骤

1. 开启RCC时钟，包括ADC，GPIO内包括ADC预分频ADCCLK也要配置(RCC库函数中)；
2. GPIO配置，为ADC采样输入；
3. 配置多路选择开关；
4. 配置ADC结构体；
   1. ADC采样模式
   2. ADC时钟分频
   3. ADC采样时间
   4. 连续采样或单次采样
5. 配置校准(复位校准和开始校准)
6. 软件触发开启ADC采样
7. 设置一个合适的采样时间
8. 进行采样数据读取
9. 进行采样数据转换：采样值/2^ADC位数*参考电压

DMA(Direct Memory Access) 直接内存访问

可以将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间；只要DMA通信通道已经建立，这个过程无需CPU参与。

DMA的主要特性

• 双向的AHB主端口，GPDMA：两个端口
• 内存映射数据从源到目标的传输：
  • 外设到内存
  • 内存到外设
  • 内存到内存
  • 外设到外设
• 在睡眠和停止模式下自主数据传输
• 并发DMA通道
• GPDMA有16个通道

GPDMA的通道分配

• 用户需要分配一个通道用于GPDMA传输，为了实现全双工通信，GPDMA对给定的GPDMA通道试用装用的FIFO；FIFO单元的单位是一字节。(First In First Out,也就是队列)
• FIFO的大小决定了通道能够有效处理的最大DMA突发大小(突发长度与数据宽度的乘积)。通常突发长度越大，系统总体性能越好，有更高的吞吐率/带宽传输，更低的系统总线占用率
• 由于系统总线为32位字宽，建议将DMA源、目标数据宽度设定为32位(GPDMA_CxTR1中的S/DDW_LOG2[1:0])，以便最大限度的减少总线使用量

GPDMA的端口选择

GPDMA的两个主端口：端口0应分配给与外设之间的传输，因为在此端口和apb外设之间有一条直接的硬件数据途径，位于apb矩阵之外；端口1应分配给内存之间的数据传输。

DMA的数据传输模式

普通模式：随后DMA会停止工作，不再接收数据。需关断DMA使能后再次重新配置后才能再次使用。

循环模式：DMA传输了固定长度的数据后，会产生中断标志，但不会停止工作，新的数据会循环保存到内存中，覆盖之前的数据。