在 Nucleo-F401RE 上使用 DMA 配置 ADC 会产生不稳定的值

Question

我想在STM32(Nucleo-F401RE)上使用DMA配置ADC，并通过SPI将值传输到Basys 3 FPGA。在通过SPI传输之前，当我使用STMSTudio实时读取内存中的值时，它是不稳定的。

过去，我尝试过增加采样周期，但问题仍然存在。使用 HAL_ADC_Start 函数配置不带 DMA 的 ADC，并通过 UART 将值传输到 PC，无法检索原始信号。我无法找出问题所在。

uint32_t ADC1ConvertedValues[100];

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_SPI1_Init();


  while (1) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET);
    if (HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)ADC1ConvertedValues, 100) ==         HAL_OK) {

      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET);   
      HAL_SPI_Transmit(&hspi1,(uint8_t*)(ADC1ConvertedValues),4,1);
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET);
    }
  }
}

void SystemClock_Config(void) {
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};


  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2);

  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 16;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                          |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_ADC1_Init(void) {
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};


  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
  hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_8B;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE;
  hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
  sConfig.Rank = 1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }  
}

static void MX_SPI1_Init(void) {

  /* SPI1 parameter configuration*/
  hspi1.Instance = SPI1;
  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4;
  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
  hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
  hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
  if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}


static void MX_DMA_Init(void)  {

  __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream0_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream0_IRQn);
}


static void MX_GPIO_Init(void) {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};  
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET);


  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

}
void Error_Handler(void) {
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT

void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line) { 

#endif /* USE_FULL_ASSERT */

编辑1:我使用arduino IDE对NUCLEO-f401 RE进行编程，下面是使用的代码:

 #include <f401reMap.h>

float analogPin = pinMap(31); //PA0

float val = 0;  // variable to store the value read

void setup() {
  Serial.begin(115200); //  setup serial
  analogReadResolution(12);

}

void loop() {
  val = analogRead(analogPin);  // read the input pin
  Serial.println(val);          // debug value
}

适用于低于 100Hz 的输入信号频率。如何提高吞吐率？我的项目需要500KHz到900Khz之间的模拟信号转换。

Answer 1

尝试更改 DMA 缓冲区大小/速度 uint32_t ADC1ConvertedValues[100]；在我的项目中阅读有关该芯片的 DMA 的信息时，我发现这设置了每个时钟分配的内存直接内存访问样本的大小？如果是 I2C 或者如果您想了解时序概念，请继续阅读您需要找到设置 spi 波特率并考虑设置要求或重新初始化的 ADC 寄存器。

hadc1.Instance = ADC1;//选择模数电路一 hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;//“跳过”4 个时钟步骤中的 3 个，与读取的时间刻度同步... hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_8B;//使用8位打包数字发送到f401的集成CPU数学背景ADC 和 DMA 通常按照 SPI 级别的读取速率进行分类，而不是按照模拟级别进行分类。因此，如果芯片可以使用 8 位执行 8khz spi，那么我们可以在 bigO (8n+n) 时间内计算出我们应该获得略低于 1khz 的读取速度。然而，您需要写入 8 位才能接收 8 位，因此 bigO 时间现在是 bigO(n16+n) 。但由于连续寄存器，我相信它可能低至 bigO (8n+n+8) 或 (8n+n+8setupbits)。因此，使用它我们知道中间操作在时钟周期方面消耗的时间，请注意，单独的 n 项是为了考虑未知内部时钟触发条件的假设，并且如果比例分辨率是绝对要求，则应该具有相对于 theta 的标量。另请记住，在这些频率下，您可能会遇到来自阻抗和电容的噪声。