上個(gè)章節(jié)介紹了ADC的基本框架和用法，本章節(jié)會(huì)較為全面地講解如何靈活地使用ADC功能。

通常來(lái)說(shuō)，外設(shè)執(zhí)行的各種命令都是由CPU發(fā)出的，比如我們需要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，就通過(guò)某個(gè)寄存器標(biāo)志位啟動(dòng)ADC，隨后用判斷函數(shù)去檢測(cè)執(zhí)行情況，亦或是開(kāi)啟中斷功能，轉(zhuǎn)換完成之后會(huì)提示CPU，再由CPU判斷接下來(lái)該做什么。

這當(dāng)然沒(méi)問(wèn)題，不過(guò)有些時(shí)候，我們需要實(shí)現(xiàn)一些循環(huán)重復(fù)的功能，比如在做傅里葉分析的時(shí)候，需要按照固定間隔采集一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，比如采樣率1000Hz，共采集1024個(gè)數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，當(dāng)然可以使用軟件定時(shí)實(shí)現(xiàn)，也可以使用定時(shí)器外設(shè)，在中斷服務(wù)函數(shù)中直接進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換來(lái)定時(shí)獲取數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)很多，若是還要進(jìn)行快速傅里葉變換，CPU會(huì)在定時(shí)器中斷中花費(fèi)很多時(shí)間來(lái)采集數(shù)據(jù)，留給計(jì)算的時(shí)間就少了很多。有一種方案可以完美解決這類(lèi)問(wèn)題，不僅可以保證數(shù)據(jù)采集的精確性，還幾乎不需要CPU參與，那就是使用定時(shí)器觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換，而AD轉(zhuǎn)換完成之后會(huì)由DMA進(jìn)行數(shù)據(jù)搬運(yùn)，若CPU需要使用這批數(shù)據(jù)，直接訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取即可 。具體的邏輯關(guān)系如下圖所示。

這種組合涉及到DMA、ADC、定時(shí)器的使用，文章將詳細(xì)介紹上圖的聯(lián)動(dòng)過(guò)程。

• 按照順序，首先是定時(shí)器觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換。

前文也提到過(guò)，一般來(lái)講可以用軟件開(kāi)關(guān)去啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，此處并沒(méi)有用到這一功能，而是使用定時(shí)器觸發(fā)，這是一種硬件觸發(fā)方式，且觸發(fā)源不屬于ADC外設(shè)本身，故而也是一種外部觸發(fā)方式。在ADC外設(shè)的配置項(xiàng)中，可以設(shè)置AD轉(zhuǎn)換的開(kāi)啟是否由外部信號(hào)觸發(fā)，只要ADC能正常使用，再配置好外部觸發(fā)源，我們就能用外部硬件信號(hào)觸發(fā)AD采集了。

注意！在實(shí)際使用中，外部觸發(fā)源不一定非得是定時(shí)器，它也可以是某個(gè)片外模塊提供的事件電平（完成事件會(huì)改變指定IO的電平，就和中斷一樣），最簡(jiǎn)單的就是按鍵觸發(fā)的IO中斷。

• 接下來(lái)是第二個(gè)部分，DMA功能的配置。

DMA，全名叫直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)，這個(gè)外設(shè)可以像CPU一樣訪(fǎng)問(wèn)單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)存儲(chǔ)區(qū)（包括RAM和外設(shè)寄存器），但它只能做一件事情，就是數(shù)據(jù)搬運(yùn)。通俗來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)存放在0-9共10個(gè)格子里面，DMA可以把這10個(gè)數(shù)據(jù)搬運(yùn)到其他地方（并不會(huì)改變?cè)镜闹担Ч?lèi)似賦值語(yǔ)句），而其他地方可以是同一個(gè)地方（將10個(gè)數(shù)據(jù)按順序搬運(yùn)10次，最終一層層覆蓋到同一個(gè)地址），也可以是不同地方（將10個(gè)數(shù)據(jù)搬運(yùn)10次并最終存放在10個(gè)不同地址的存儲(chǔ)空間）。

總體上來(lái)講DMA只做搬運(yùn)這一個(gè)功能，除了搬運(yùn)轉(zhuǎn)換完成的AD數(shù)據(jù)，他還能用于各種數(shù)據(jù)接口（比如UART、SPI等），或是其他需要大量賦值的場(chǎng)合。

注意！****DMA并不能完全代替CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，因?yàn)?/em>DMA*不像* CPU那樣擁有全部存儲(chǔ)區(qū)域的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。

• 最后是定時(shí)器的配置，這一部分沒(méi)什么變化，就是選擇一個(gè)可以用來(lái)觸發(fā)AD采集的定時(shí)器，按需求配置即可。不過(guò)需要注意的是，記得把溢出中斷打開(kāi)，這個(gè)是AD轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)開(kāi)關(guān) 。

介紹完了每一步需要做的事情，下面說(shuō)說(shuō)代碼應(yīng)該怎么寫(xiě)。我會(huì)貼出主要代碼，對(duì)于一些變量我會(huì)做說(shuō)明但不做代碼展示（變量什么的自己隨便定義一個(gè)就行了呀?。?/em>

這段就是正常配置一個(gè)定時(shí)器，本案例中選擇的是通用定時(shí)器2，根據(jù)手冊(cè)，它可以觸發(fā)AD采集。

除最后一行，其余代碼與上一章節(jié)的初始化過(guò)程沒(méi)太大差別，只需把DMA功能開(kāi)啟即可。這里補(bǔ)充一下其他配置項(xiàng)的說(shuō)明：

1. 時(shí)鐘頻率和采樣時(shí)鐘周期，如上一章說(shuō)到的，采樣時(shí)間當(dāng)然是越長(zhǎng)越好，其中的時(shí)鐘頻率就是ADC外設(shè)從內(nèi)部時(shí)鐘電路獲得的時(shí)鐘信號(hào)，頻率越高，ADC速度越快，這個(gè)時(shí)鐘速度一定程度上決定了一個(gè)ADC的最大采樣速率（1秒內(nèi)完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)）。
2. 右對(duì)齊設(shè)置。AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果是存放在一個(gè)寄存器里面的，它本質(zhì)上是個(gè)二進(jìn)制數(shù)，右對(duì)齊就是將轉(zhuǎn)換結(jié)果的第0位放到最右邊，高位不為1的補(bǔ)0，若仍不清楚，可自行百度。
3. 轉(zhuǎn)換結(jié)果累加。為滿(mǎn)足一些需求，ADC結(jié)果可能需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理來(lái)減小誤差，求加權(quán)平均值是一種很常用的辦法，該功能開(kāi)啟之后，每次轉(zhuǎn)換的結(jié)果都會(huì)直接累加，方便開(kāi)發(fā)者取出后直接求平均值（所以實(shí)際上不要這個(gè)功能也可以）。
4. 我們使用的是定時(shí)器觸發(fā)采樣，所以只需要使用單次采集模式就行了，ADC會(huì)在每次轉(zhuǎn)換完成之后停止并等待下一次采集的啟動(dòng)信號(hào)（定時(shí)器溢出中斷）。

總的來(lái)說(shuō)，一定記住要把外部觸發(fā)打開(kāi)并綁定定時(shí)器2，隨后只要定時(shí)器2的標(biāo)志位被置位一次，ADC就會(huì)啟動(dòng)一次。

相對(duì)來(lái)說(shuō)比較麻煩的是DMA的配置，要配置一個(gè)DMA，首先需要確定數(shù)據(jù)搬運(yùn)的起點(diǎn)和終點(diǎn) ，我們搬運(yùn)的起點(diǎn)只有一個(gè)，就是ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器，搬運(yùn)的終點(diǎn)是一個(gè)1024大小的數(shù)組，其中起點(diǎn)被稱(chēng)為源地址，終點(diǎn)被稱(chēng)為目標(biāo)地址，且這兩個(gè)地址都可以設(shè)置成自增模式（完成一次搬運(yùn)之后，地址自動(dòng)＋1）。

關(guān)于DMA的初始化，DMA通常會(huì)有不止一個(gè)通道，每個(gè)通道都能獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)搬運(yùn)，初始化函數(shù)需要開(kāi)啟DMA的時(shí)鐘總線(xiàn)，打開(kāi)要用的DMA通道的中斷。

關(guān)于DMA的啟動(dòng)和配置：

傳輸模式 ：DMA幫助CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)搬運(yùn)，這難免會(huì)出現(xiàn)DMA和CPU傳輸沖突的情況，非鎖定傳輸會(huì)在DMA搬運(yùn)數(shù)據(jù)的間隔內(nèi)預(yù)留時(shí)間間隙，必要時(shí)候CPU會(huì)搶占對(duì)外設(shè)的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，屆時(shí)CPU可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，DMA只能等待CPU放棄對(duì)該外設(shè)的使用權(quán)限后才能繼續(xù)自己的數(shù)據(jù)傳輸。相對(duì)應(yīng)的，還有鎖定傳輸，具體的功能在用戶(hù)手冊(cè)DMA章節(jié)有詳細(xì)介紹。

傳輸位寬 ：根據(jù)需要搬運(yùn)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度進(jìn)行選擇即可。

觸發(fā)方式和觸發(fā)源 ：由于我們需要的是在AD轉(zhuǎn)換完成之后立刻進(jìn)行數(shù)據(jù)搬運(yùn)，所以DMA的觸發(fā)方式選擇為硬件觸發(fā)，觸發(fā)源應(yīng)該設(shè)置為ADC轉(zhuǎn)化為完成，這會(huì)讓DMA在每次ADC轉(zhuǎn)換完成之后都進(jìn)行一次數(shù)據(jù)搬運(yùn)，且不論ADC處于什么模式。

源地址和目標(biāo)地址 ：源地址設(shè)置為ADC數(shù)據(jù)寄存器，具體的地址有兩種辦法來(lái)獲取，一種是用圖中的辦法，對(duì)寄存器取地址，另一種辦法是直接查用戶(hù)手冊(cè)，找到ADC數(shù)據(jù)寄存器的基地址和偏移量計(jì)算得到地址（這種辦法最終填進(jìn)去的是一個(gè)hex數(shù)）。目標(biāo)地址也是直接取地址數(shù)組即可。

地址自增 ：我們不希望源地址有變動(dòng)，故源地址設(shè)置成不自增；目標(biāo)地址是一個(gè)數(shù)組，所以每搬運(yùn)一次數(shù)據(jù)都要讓目標(biāo)地址自增一個(gè)元素，這樣下一次搬運(yùn)的時(shí)候，數(shù)據(jù)就會(huì)被正確寫(xiě)入下一個(gè)格子。

傳輸次數(shù) ：需求是采集1024個(gè)數(shù)據(jù)，那傳輸次數(shù)自然是1024次。

全部配置完后完成DMA的功能初始化，隨后只需要啟動(dòng)ADC、定時(shí)器、DMA功能即可，圖中代碼做了一個(gè)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，方便隨時(shí)關(guān)閉。關(guān)閉的時(shí)候清零定時(shí)器計(jì)數(shù)器是為了在下次啟動(dòng)的時(shí)候讓定時(shí)采集依然準(zhǔn)確。

準(zhǔn)備工作基本完成，接下來(lái)還剩一些小細(xì)節(jié)需要處理，我們打開(kāi)了DMA和定時(shí)器的中斷功能，他們會(huì)在完成搬運(yùn)之后進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)，至少得寫(xiě)個(gè)清除標(biāo)志位的語(yǔ)句，除此之外還要加一些小功能。

定時(shí)器的中斷服務(wù)函數(shù)只需要清除標(biāo)志位即可，DMA的中斷函數(shù)除了清除標(biāo)志位，還需要將采樣功能關(guān)掉（至少得把定時(shí)器關(guān)了）。如果使用的不是定時(shí)器觸發(fā)，而是ADC的連續(xù)采樣模式，需要在這里手動(dòng)關(guān)閉ADC，不然即使DMA完成了搬運(yùn)，ADC還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，由于DMA搬運(yùn)已經(jīng)完成了，自增的地址也不會(huì)自己變回去，之后就會(huì)出現(xiàn)“意想不到的”DMA錯(cuò)誤搬運(yùn)，但本案例中使用的是單次采集模式，ADC只在啟動(dòng)之后采集一次，所以不必?fù)?dān)心ADC會(huì)連續(xù)采樣導(dǎo)致程序異常的問(wèn)題。

現(xiàn)在快速編寫(xiě)一個(gè)按鍵檢測(cè)函數(shù)并調(diào)用剛剛寫(xiě)好的啟動(dòng)代碼，其中的key_down變量會(huì)在按鍵中斷服務(wù)函數(shù)中被置位。

再在main函數(shù)中循環(huán)調(diào)用這個(gè)按鍵檢測(cè)函數(shù)，按鍵按下抬起后就會(huì)自動(dòng)采集ADC數(shù)據(jù)，這里我用vofa+上位機(jī)顯示一下采集的數(shù)據(jù)。

我這里采集的是單片機(jī)上定時(shí)器1輸出的50Hz方波，占空比為50%，周期為20ms，效果還不錯(cuò)。

審核編輯 黃宇