嵌入式|HAL库STM32常用外设-ADC

一、ADC概述

1.1 ADC的特性

ADC 即模拟数字转换器(Analog-to-digital converter,ADC)，可以将外部的模拟信号转换为数字信号,是模拟信号数字化的必要器件。STM32F407有3个ADC，最高12位分辨率，最多16个外部通道，ADC1还有3个内部测量通道，可以测量内部温度、参考电压和备用电池电压。
STM32F407的ADC 主要特性可总结为一下几条：
● 可配置 12 位、10 位、8 位或 6 位分辨率
● 在转换结束、注入转换结束以及发生模拟看门狗或溢出事件时产生中断
● 单次和连续转换模式
● 自校准
● 用于自动将通道 0 转换为通道“n”的扫描模式
● 数据对齐以保持内置数据一致性
● 可独立设置各通道采样时间
● 外部触发器选项，可为规则转换和注入转换配置极性
● 不连续采样模式
● 双重/三重模式（具有 2 个或更多 ADC 的器件提供）
● 双重/三重 ADC 模式下可配置的 DMA 数据存储
● 双重/三重交替模式下可配置的转换间延迟
● ADC 转换类型（参见数据手册）
● ADC 电源要求：全速运行时为 2.4 V 到 3.6 V，慢速运行时为 1.8 V
● ADC 输入范围：VREF- ~VREF+
● 规则通道转换期间可产生 DMA 请求

1.2 ADC的工作原理

STM32F407的ADC的运行框图如下所示：

图1-1ADC 框图

1.2.1 ADC的供电部分(图1-1中①)：

其引脚的解释如下:
在这里插入图片描述

图1-2 ADC供电引脚解释

VDDA：VDDA是模拟部分工作电源。如果要保证ADC精度，可以使用独立的模拟电源输入，但是VDDA最高不能超过4V。
VSSA：VSSA是模拟部分接地工作电源。与数字电源共地。
VREF+：VREF+ 是ADC转换的正参考电压。如果要保证ADC精度，可以使用单独的参考电压芯片输出的精密参考电压， VREF+不能超过VDDA，最低值为1.8V。一般情况下，将VREF+与VDDA连接。
VREF-：VREF-是将ADC的负参考电压，必须与VSSA连接，也就是必须和数字电源共地。

需要注意的是：ADC转换电压的输入范围是在VERF-与 VERF+之间。因为VREF-必须与VSS连接，也就是VREF-总是0，所以STM32F407的片上ADC只能转换正电压，这与某些独立的ADC芯片可转换正负范围的电压是不同的。
典型的供电方案如图1-3所示。
在这里插入图片描述

图1-3:ADC供电方案

1.2.2输入通道(图1-1中②)

每个ADC单元有16个外部输入引脚，对应与16个ADC输入复用引脚，即图1中的ADCx_IN0至ADCx_IN15。每个ADC单元的模拟输入复用引脚如图3所示。
在这里插入图片描述

图1-4:ADC通道对应引脚图

ADC1单元还有以下3个内部输入使用ADC1_IN16、ADC1_IN17、ADC1_IN18。

ADC1_IN16(温度传感器)：芯片内部温度传感器，测温范围为 -40摄氏度-125摄氏度，精度为 ±1.5°。
ADC1_IN17(VERFINT)：内部参考电压，实际连接内部1.2V调压器的输出电压。
ADC1_IN18(VBAT)：备用电源电压，因为VBAT电压可能高于VDDA，内部有桥梁分压器，实际测量的电压是VBAT/2。

1.2.3注入通道和规则通道(图1-1中③)

当任意 ADCx 多个通道以任意顺序进行一系列转换就诞生了成组转换，这里就有两种成组转换类型：规则组和注入组。规则组就是图上的规则通道，注入组也就是图上的注入通道。规则组允许最多 16 个输入通道进行转换，而注入组允许最多 4 个输入通道进行转换。这里讲解一下规则组和注入组。
规则组（规则通道），按字面理解，“规则”就是按照一定的顺序，相当于正常运行的程序，平常用到最多也是规则组。
注入组（注入通道），按字面理解，“注入”就是打破原来的状态，相当于中断。当程序执行的时候，中断是可以打断程序的执行。同这个类似，注入组转换可以打断规则组的转换。假如在规则组转换过程中，注入组启动，那么注入组被转换完成之后，规则组才得以继续转换。

在这里插入图片描述
图1-5:规则通道和注入通道对比图。

规则序列是允许 16 个通道进行转换的，那么就需要安排通道转换的次序即规则序列。规则序列寄存器有 3 个，分别为 SQR1、SQR2 和 SQR3。SQR3 控制规则序列中的第 1 个到第 6 个转换的通道；SQR2 控制规则序列中第 7 个到第 12 个转换的通道；SQR1 控制规则序列中第 13 个到第 16 个转换的通道。如图1-6所示：
在这里插入图片描述
图1-6：规则序列寄存器ADC_SQRX表
其中，在ADC_SQR1寄存器中位 23:20 L[3:0]：定义规则通道序列的长度，表示需要转换的通道的数量。在STM32CUBEMAX中的设置如下。

图1-7:规则通道设置
注入序列，跟规则序列差不多，都是有顺序的安排。由于注入组最大允许 4 个通道输入，所以这里就使用了一个寄存器 JSQR。如图1-8所示：
在这里插入图片描述

图1-8:注入序列寄存器ADC_JSQR表

1.2.4触发源(图1-1中④)

规则通道和注入通道由单独的触发源，有以下3类启动或触发转换的方式。

软件启动：可以通过软件命令直接触发ADC转换，而不需要外部触发源。直接将控制器寄存器ADC_CR2的ADON位置1启动ADC转换，写入0时停止ADC转换，这种方式常用与轮询的ADC转换。
内部定时器触发：可以使用定时器的输出比较事件或更新事件来触发ADC转换，选择某个定时器的触发输出信号（TRGO）或输入捕获信号作为触发源。例如，选择TIM2_TRGO信号作为启动触发信号，而TIM2的TRGO设置为UEV事件信号，这样的定时器TIM2每次定时溢出时就启动一次转换。这种方式可用于周期性ADC转换。
外部IO触发：可以使用外部引脚的信号来触发ADC转换。可以选择外部中断线EXTI_11或EXTI_15作为规则组或注入组的外部触发源。
在STM32CUBEMAX中的规则通道的触发源设置如下图。

图1-9:规则通道的触发源设置

规则通道和注入通道的触发源由ADC 控制寄存器 2 (ADC_CR2)位[29:16]所设置。其中：

位 30 SWSTART:为规则组选择软件触发；
位 29:28 EXTEN:规则通道的外部触发使能(如:上升沿上的触发检测)；
位 27:24 EXTSEL[3:0]：为规则组选择外部事件(如：定时器事件、外部中断事件)；
位 22 JSWSTART:为注入组选择软件触发；
位 21:20 JEXTEN:注入通道的外部触发使能(如:上升沿上的触发检测)；
位 19:16 JEXTSEL[3:0]:为注入组选择外部事件(如：定时器事件、外部中断事件)；
位 0 ADON：A/D 转换器开启/关闭;

1.2.5 ADC时钟与转换时间（图1-1中的⑤）

ADC转换需要时钟信号ADCCLK驱动，ADCCLK由PCLK2经过分频产生，最少2分频，最多8分频。STM32F407的PCLK2的最高频率为84MHz，所以ADCCLK的最高频率为42MHz（不同芯片的频率不同）。

在这里插入图片描述

图1-10:STM32F407时钟树
在这里插入图片描述

图1-11:ADC Prescalers分频
ADC Prescalers分频设置对应的寄存器为ADC 通用控制寄存器 (ADC_CCR)；
其中：位 17:16 ADCPRE：ADC 预分频器置 1 和清零，以选择 ADC 的分频模式。该时钟为所有 ADC 所共用。

可以设置在N个ADCCLK周期内对信号进行采样，N的值最小为3，最大为480（如图1-12），在允许的情况下，尽量选大一点的会使ADC 更稳定、更精确。
在这里插入图片描述

图1-12:ADC采样周期配置图
ADC 总转换时间的计算公式如下：

TCONV = 采样时间 + 12 个周期

以STM32F407的ADC1的通道1为例，如果 Clock Prescaler设置成“PCLK2 divided by 4”，Sampling Time设置成15 Cycles，那么ADC时钟频率为：

84MHz / 4 = 21MHz

则一个周期所需的时间为：

1/21MHz=0.047us

ADC1_IN1通道的转换时间为：

TCONV=(15+12)*0.047us

TCONV = 采样时间 + 12 个周期

采样时间可通过ADC 采样时间寄存器1((ADC_SMPR1) 和ADC 采样时间寄存器2( ADC_SMPR2 )中的 SMP[2:0]位编程，ADC_SMPR2控制的是通道 0-9，ADC_SMPR1 控制的是通道 10~18。

1.2.6数据寄存器（图1-1中的⑥）

ADC完成转换后将结果存放进数据寄存器，ADC 规则数据寄存器(ADC_DR)，只有低16位有效，在多通道转换时，如果前一通道转换结束后，ADC_DR的数据未被及时读出，下一个转换通道的转换结果就会覆盖上一次结果的数据。所以，在多通道转换时，一般EOC中断里及时读取数据或通过DMA将数据传输到内存里。
注入通道有4个数据寄存器:ADC 注入数据寄存器 x (ADC_JDRx) (x= 1…4)分别对应4个注入通道的转换结果。低16位有效。
因为注入数据寄存器和ADC 规则数据寄存器是16位有效，与12位的ADC分辨率相比，多出4位。因此可通过ADC 控制寄存器 2 (ADC_CR2)位 11 ALIGN来设置数据左对齐或右对齐，一般使用右对齐。在二进制中左移n位，数据扩大2的n次方倍，所以左对齐直接读出的数值会比实际值大16倍。
同时在STM32CUBEMX也可以设置左对齐或者右对齐：
在这里插入图片描述

图1-13:ADC数据对齐方式

1.2.7中断（图1-1中的⑦）

规则和注入组转换结束时能产生中断，当模拟看门狗状态位被设置时也能产生中断，它们在 ADC_SR 中都有独立的中断使能位，后面讲解 ADC_SR 寄存器时再进行展开。这也是本文的重点。这里讲解一下，模拟看门狗中断以及 DMA 请求。

模拟看门狗中断：首先通过ADC_LTR和ADC_HTR寄存器设置低阈值和高阈值，然后开启了模拟看门狗中断后，当被 ADC 转换的模拟电压低于低阈值或者高于高阈值时，就会产生中断。例如我们设置高阈值是 3.0V，那么模拟电压超过 3.0V 的时候，就会产生模拟看门狗中断，低阈值的情况类似。
DMA 请求：规则组和注入组的转换结束后，除了产生中断外，还可以产生 DMA 请求，把转换好的数据存储在内存里面，防止读取不及时数据被覆盖。

1.3 ADC转换结果电压计算

ADC转换的结果是一个数字量，与实际的模拟电压之间的计算关系由VERF+和转换精度位数确定。例如，转换精度位12位，VERF+ 为3.3V，ADC转换结果位12位数字量对应的整数为X，则实际电压为：

Voltage = (3.3 * X) / 2^12 V

1.4 多重ADC模式

STM32F407有3个ADC。这三个ADC可以独立工作，也可以组成双重或三种工作模式。在多重工作模式下，ADC1是主器件，是必须使用的；双重模式就是使用的ADC1和ADC2，不能使用ADC1和ADC3；三种模式就是3个ADC都使用。
多重模式就是使用住期间ADC1的触发信号去交替触发或同步触发其他ADC启动转换。例如，对于三分量模拟输出的振动传感器，需要对X、Y、Z这3个方向的振动信号同步采集，以合成一个三维空间中的振动矢量，这时就需要使用3个ADC对3路信号同步采集，而不能使用一个ADC对3路信号通过多路复用方式进行采集。
多重ADC有多种工作模式，可以交替触发，也可以同步触发。为避免过于复杂，我们仅以双重ADC同步触发为例，说明多重ADC的工作原理和使用方法。三种ADC和其他工作模式的原理参见STM32F407参考手册。
设置ADC1和ADC2双重工作模式，为ADC1设置的触发源同时也触发ADC2，以实现两个ADC同步转换。在多重模式下，有一个专门的32位数据寄存器ADC_CDR，用于存储多重模式下的转换结果数据。在多重模式下，ADC_CDR的高16位存储ADC2的规则转换结果数据，ADC_CDR的低16位存储ADC1的规则转换结果数据。
在多重模式下，使用DMA进行数据传输有3种模式，其中DMA模式2适用于双重ADC的数据传输。双重ADC是，DMA模式2的工作特点是：每发送一个DMA请求，就以字的形式传输表示ADC2和ADC1转换结果的32位数据，其中高16位是ADC2的转换结果，低16位是ADC1的转换结果，相当于将ADC_CDR的数据在一个DMA请求时传输出去。

二、ADC的HAL库驱动程序

2.1主要函数

ADC的驱动程序有两个头文件：头文件stm32f4xx_hal_adc.h是ADC模块总体设置和常规通道相关的函数和定义；文件stm32f4xx_hal_adc_ex.h是注入通道和多重ADC模式相关的函数和定义。图2-1是文件stm32f4xx_hal_adc.h中的一些主要函数
在这里插入图片描述

图2-1主要函数功能描述图

2.2软件启动转换方式

函数HAL_ADC_Start()用于以软件方式启动ADC常规通道的转换，软件启动转换后，需要调用函数HAL_ADC_PollForConversion()查询转换是否完成，转换完成后可用函数HAL_ADC_GetValue()读出常规转换结果寄存器的32位数据。若要再次转换，需要再次使用这3个函数启动转换、查询转换是否完成、读出转换结果。使用函数HAL_ADC_Stop()停止ADC常规通道转换。
这种软件启动转换的模式适用于单通道、低采样率的ADC转换。这几个函数原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc);    //软件启动转换
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef* hadc);    //停止转换
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t Timeout);
uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc);    //读取转换结果寄存器的32位数据

其中，参数hadc是ADC外设对象指针，Timeout是超时等待时间（单位是ms）。

HAL_ADC_Start()：其本质就是将ADC 控制寄存器 2 (ADC_CR2)中的位 0 ADON置1；
HAL_ADC_Stop();其本质就是将ADC 控制寄存器 2 (ADC_CR2)中的位 0 ADON置0；
HAL_ADC_PollForConversion():其本质是读取判断ADC 状态寄存器 (ADC_SR)中的位 1 EOC(规则通道转换结束)是否置1；
HAL_ADC_GetValue()：其本质是读取ADC 规则数据寄存器(ADC_DR)的值。

2.3中断转换方式

当ADC设置为用定时器或外部信号触发转换时，函数HAL_ADC_Start_IT()用于启动转换，这会开启ADC的中断。当ADC转换完成时会触发中断，在中断服务程序里，可以用HAL_ADC_GetValue()读取转换结果寄存器里的数据。函数HAL_ADC_Stop_IT()可以关闭中断，停止ADC转换。开启和停止ADC中断方式转换的两个函数的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);

其中：

HAL_ADC_Start_IT():本质是在HAL_ADC_Start()的基础上将ADC 控制寄存器 1 (ADC_CR1)的位 5 EOCIE（EOC 中断使能）与位 26 OVRIE（溢出中断使能）置1；
HAL_ADC_Stop_IT():本质是在HAL_ADC_Stop()的基础上将ADC 控制寄存器 1 (ADC_CR1)的位 5 EOCIE（EOC 中断使能）与位 26 OVRIE（溢出中断使能）置0；

ADC1、ADC2和ADC3共用一个中断号，ISR名称是ADC_IRQHandler()。ADC有4个中断事件源，中断事件类型的宏定义如下（在stm32f4xx_hal_adc.h中）:

#define ADC_IT_EOC  ((uint32_t)ADC_CR1_EOCIE)   //规则通道转换结果结束（EOC）事件
#define ADC_IT_AWD  ((uint32_t)ADC_CR1_AWDIE)  //模拟看门狗触发事件
#define ADC_IT_JEOC  ((uint32_t)ADC_CR1_JEOCIE) //注入通道转换结束事件
#define ADC_IT_OVR  ((uint32_t)ADC_CR1_OVRIE)  //数据溢出事件、即转换结果未被及时读出

ADC中断通用处理函数是HAL_ADC_IRQHandler()，它内部会判断中断事件类型，并调用相应的回调函数。ADC的4个中断事件类型及其对应的回调函数如图所示。

中断事件类型	中断事件	回掉函数
ADC_IT_EOC	规则通道转换结果结束（EOC）事件	HAL_ADC_ConvCpltCallback()
ADC_IT_AWD	模拟看门狗触发事件	HAL_ADC_LevelOutOfWindowCallback()
ADC_IT_JEOC	注入通道转换结束事件	HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback()
ADC_IT_OVR	数据溢出事件、即转换结果未被及时读出	HAL_ADC_ErrorCallback()

图2-2中断事件对应回调函数

我们可以设置为在转换完一个通道后就产生EOC事件，也可以设置为转换完规则通道组的所有通道之后产生EOC事件。但是规则组只有一个转换结果寄存器，如果有多个转换通道，设置为转换完规则组的所有通道之后产生EOC，会导致数据溢出。一般设置为在转换外一个通道后就产生EOC事件如下图所示。
其原理就是通过将ADC 控制寄存器 1 (ADC_CR1)的位 8 SCAN(扫描模式)置0或者置1来控制什么时候产生EOC事件,所以，中断方式转换适用于单通道或采样频率不高的场合。
在这里插入图片描述

图2-3规则通道转换结果结束（EOC）事件

2.4 DMA方式转换

通过2.3节可知将ADC 控制寄存器 1 (ADC_CR1)的位 8 SCAN(扫描模式)置1，控制器就会在转换完规则组的所有通道之后产生EOC中断。但ADC 规则数据寄存器 (ADC_DR)只有一个，规则序列中的通道超过一个数据就会溢出。数据寄存器只能保存规则序列中最后一个通道的数据，如何避免数据溢出又能采集到规则通道中所有的数据。这里就需要DMA。
从图1的③和⑥中可以看到，每当ADC的通道转换结束时，就会产生一个DMA请求。如何让ADC与DMA联动起来呢？HAL库提供了一个函数：

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t* pData, uint32_t Length);

其中，参数hadc是ADC外设对象指针；参数pData是uint32_t类型缓冲区指针，因为ADC转换结果寄存器是32位的，所以DMA数据宽度是32位；参数Length是缓冲区长度，单位是字（4字节）。
本质就是在HAL_ADC_Start()函数的基础上将ADC 控制寄存器1(ADC_CR1)的位 26 OVRIE(溢出中断使能)置1,将ADC 控制寄存器 2(ADC_CR2)的位 8 DMA(直接存储器访问模式)置1(使能 DMA 模式),通过HAL_DMA_Start_IT()函数将数据寄存器 (ADC_DR)与RAM内存地址联系起来并开启DMA中断；
同时，也要在STM32CUBEMX中提前设置DMA，如下图
在这里插入图片描述

图2-4 设置DMA
当ADC 控制寄存器 2(ADC_CR2)的位 9 DDS(DMA 禁止选择)置1(只要发生数据转换且 DMA = 1，便会发出 DAM 请求)，也可在STM32CUBEMAX直接设置如下图。
在这里插入图片描述

图2-5 DMA 禁止选择模式设置
停止DMA方式采集的函数是HAL_ADC_Stop_DMA();其原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc);

本质就是在HAL_ADC_Stop()函数的基础上将ADC 控制寄存器1(ADC_CR1)的位 26 OVRIE(溢出中断使能)置0,将ADC 控制寄存器 2(ADC_CR2)的位 8 DMA(直接存储器访问模式)置0。
DMA流的主要中断事件与ADC的回调函数之间的关系如图所示。一个外设使用DMA传输方式时，DMA流的事件中断一般使用外设的事件中断回调函数。
在这里插入图片描述

图2-6 DMA流中断事件类型和关联的回调函数
注：注入通道没有DMA方式。

2.5 规则通道采样模式

对于ADC通道采集，采样模式的选择又很多内容，很容易犯迷糊。如下图所示。
在这里插入图片描述

图2-7 ADC参数示意图
图中有几个参数需要选择，如：

Scan Conversion Mode：扫描转换模式，设置为Enabled(规则序列中的多通道连续转换，转换完一个通道后，会自动转换组内下一个通道，直到一组通道都转换完成)；设置为Disabled(只能采集到第一的通道的数据，后续的通道扫描不到)。
Continuous Conversion Mode：连续转换模式。设置为Enabled(ADC结束规则序列中所有通道的转换后立即启动一个新的转换);设置为Disabled(ADC结束规则序列中所有通道的转换后需要HAL_ADC_Start启动新的转换);
Discontinuous Conversion Mode：非连续转换模式(间断模式)，设置为Enabled(ADC的转换序列被分割成多个小序列。每个小序列可以包含一个或多个通道，具体数量由Number Of Discontinuous Conversions参数决定，在每个小序列转换完成后，ADC会停止转换，并等待外部触发或软件指令来开始下一个小序列的转换)。通常情况下设置为Disabled；
DMA Continuous Requests: 是否连续产生DMA请求，设置为Disabled(在最后一个传输后不发出新的DMA请求);设置为Enable(只要发生数据转换且使用了DMA，就发出DMA请求)。
EOC标志产生方式，有以下2种选项。
① EOC flag at the end of single channel conversion：在每个通道转换完成后产生EOC标志。
② EOC flag at the end of all conversion：在规则序列的所有通道转换完成后产生EOC标志。
寄存器在ADC_CR2位 10 EOCS(结束转换选择)
ADC_Regular_ConversionMode组，具体包括如下参数。
① Number of Conversion:规则转换序列的转换个数，最多16个，每个转换作为一个Rank(级)。这个数值不必等于输入模拟信号通道数。
② External Trigger Conversion Source：外部触发转换的信号源。本例选择为软件启动常规转换（Regular Conbversion launched by software）。周期性采集时，一般选择定时器TRGO信号或捕获比较事件信号作为触发信号，还可以选择外部中断线信号作为触发信号。
③External Trigger Conversion Edge：外部触发转换时间使用的信号边沿，可选择上跳沿、下跳沿，或双边都触发。本例中未使用外部触发，所以设置为None。
④Rank:规则组内每一个转换对应一个Rank，一个Rank需要设置输入通道（Channel）和采样时间（Samping Time）。一个规则组中有多个Rank时，Rank的设置顺序就规定了转换通道的序列。每个Rank的采样时间可以单独设置。采样时间的单位是ACCLK的时钟周期数，采样时间越大，转换结果越准确。

三、定时器+ADC多通道+DMA中断读取

当只有一个通道，在转换结束后可以读出结果数据寄存器的内容。当规则转换组有多个通道时，应该使用扫描转换模式（Scan Conversion Mode），ADC在转换完一个通道后立即转换下一个通道，知道规则组内的通道序列转换完。规则转换只有一个转换结果数据寄存器，虽然可以设置在每个通道转换完之后就产生EOC事件中断，但是在多通道情况下，在EOC事件中断里读取转换结果数据可能是来不及的，更谈不上对数据进行显示和处理。
如果规则转换组有多个输入通道，应该使用DMA，使转换结果数据通过DMA传输自动保存到缓存中，在一个规则组转换结束后在对数据进行处理，或者在采集多次数据后再处理。
本次示例中用到了三个规则组输入通道，使用扫描模式，通过DMA方式传输ADC转换结果数据。通过定时器TIM2定时500ms 去触发。

3.1设置TIM2

STM32F407ZGT6的TIM3在总线APB1上，定时器时钟信号频率为84MHz,TIM3的模式和配置界面如图4-2所示。模式设置部分只需设置Clock Source 为Internal Clock，启动TIM3即可。
Trigger Output（TRGO）Parameters组用于设置TRGO信号，主/从模式（Master/Slave Mode）设置为Disable，即禁用主/从模式。触发事件选择（Trigger Event Selection）设置为Updata Event,也让就是以UEV事件信号作为TRGOx信号。
这样，ADC1在TIM3的TRGO信号的每个上跳沿启动一次ADC转换，就可以实现周期性的ADC转换，转换周期由TIM3的定时周期决定。无需开启TIM3的全局中断，TRGO信号也是正常输出的。
在这里插入图片描述

3.2 ADC1设置

在ADC_Settings参数组，开启扫描转换模式（Scan Conversion Mode）、DMA连续请求（DMA Continous Requests）、在规则序列的所有通道转换完成后产生EOC标志(EOC flag at the end of all conversion)。
在ADC_Regular_ConversionMode参数组设置转换个数为3，下面会自动生成3个Rank的设置，分别设置每个Rank的输入通道和采样时间——每个通道的采样时间可以不一样，3个Rank里面模拟通道的出现顺序就是规则组转换的顺序.
External Trigger Conversion Source，用于设置启动ADC转换的外部触发信号源，选择Timer 2 Trigger Out evernt,也就是TIM2 的TRGO x信号。
External Trigger Conversion Edge，用于设置触发转换的跳变沿，可选上跳沿，下跳沿或双边沿都触发。这里选择上跳沿，因为TRGO是一个短时正脉冲信号。
配置如下图所示：
在这里插入图片描述

3.3 DMA设置

ADC只有一个DMA请求，为这个DMA请求配置DMA流DMA2 Stream 0,设置DMA传输属性参数，设置界面如图所示。DMA传输方向自动设置为Peripheral To Memory（外设到存储器）。在DMA Request Setting 组中将Mode（工作模式）设置为Circular（循环模式），将外设和存储器的数据宽度都设置为Word——因为ADC转换结果数据寄存器是32位的，存储器设置为地址自增加。
在这里插入图片描述

3.4 uart1设置

在这里插入图片描述

3.5 程序设计

在生成代码后的基础上添加以下内容:
usart.c：
在这里插入图片描述

#include "usart.h"

/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

UART_HandleTypeDef huart1;

/* USART1 init function */

void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 0 */

  /* USER CODE END USART1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 1 */

  /* USER CODE END USART1_Init 1 */
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */

  /* USER CODE END USART1_Init 2 */

}

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(uartHandle->Instance==USART1)
  {
  /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 0 */

  /* USER CODE END USART1_MspInit 0 */
    /* USART1 clock enable */
    __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    /**USART1 GPIO Configuration
    PA9     ------> USART1_TX
    PA10     ------> USART1_RX
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 1 */

  /* USER CODE END USART1_MspInit 1 */
  }
}

void HAL_UART_MspDeInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{

  if(uartHandle->Instance==USART1)
  {
  /* USER CODE BEGIN USART1_MspDeInit 0 */

  /* USER CODE END USART1_MspDeInit 0 */
    /* Peripheral clock disable */
    __HAL_RCC_USART1_CLK_DISABLE();

    /**USART1 GPIO Configuration
    PA9     ------> USART1_TX
    PA10     ------> USART1_RX
    */
    HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10);

  /* USER CODE BEGIN USART1_MspDeInit 1 */

  /* USER CODE END USART1_MspDeInit 1 */
  }
}

/* USER CODE BEGIN 1 */
int _write(int file, char *ptr, int len)
{
    /* send data to serial huart1 */
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)ptr, len, 1000);
    return len;
}
/* USER CODE END 1 */

int _write(int fd, char* ptr, int len) 函数是stdio.h中printf函数的重定义，可通过printf实现串口数据的打印。
main.c:
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "adc.h"
#include "dma.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */
uint32_t adc_buffer[3];
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_TIM2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,adc_buffer, 3);
  HAL_TIM_Base_Start(&htim2);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

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

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  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_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  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_DIV4;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    if(hadc->Instance==ADC1)
    {
        float adc_value[3];
        for(uint8_t i=0;i<3;i++)
        {
            adc_value[i]=(adc_buffer[i]*3.3)/4096;
        }
        printf("NVIC ADC IN1 = %fV  ADC IN2 = %fV  ADC IN3 = %fV \r\n",adc_value[0],adc_value[1],adc_value[2]);
    }
}
/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

其中：

uint32_t adc_buffer[3]；：定义了一个数组去存储ADC采集到的数值。也是DMA从ADC_DR提取数据的存储位置。
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,adc_buffer, sizeof(adc_buffer));：该函数用于以DMA方式开启ADC转换。第一个参数是指向ADC_HandleTypeDef结构体的指针，表示要操作的ADC模块（在这里是hadc1）。第二个参数是一个指向存储转换结果的数据缓冲区的指针（在这里是dmaDataBuffer）。第三个参数是要转换的通道数量（在这里是3）。调用该函数后，ADC模块将会以DMA方式进行模拟信号的转换，并将结果存储在dmaDataBuffer数组中。
HAL_TIM_Base_Start(&htim2);：该函数用于启动定时器TIM2的基本定时器功能。第一个参数是指向TIM_HandleTypeDef结构体的指针，表示要操作的定时器（在这里是htim2）。调用该函数后，定时器TIM2将开始计数，并触发相关的定时器中断（如果已使能）
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)：这是一个由HAL库提供的回调函数，当ADC转换完成时，将自动调用该函数。它接受一个指向ADC_HandleTypeDef结构体的指针参数hadc，用于标识触发回调的ADC模块。
static float adc_value[3];：定义了一个数组adc_value，用于存放计算后的ADC转换结果。

循环处理：通过循环遍历，对前两个通道的转换结果进行处理。循环变量i从0到2，即执行三次循环。
转换结果计算： adc_value[i]=adc_buffer[i]*3.3/4096; 该行代码计算了第i个通道的电压值。
打印结果： printf("NVIC ADC IN1 = %fV ADC IN2 = %fV ADC IN3 = %fV \r\n",adc_value[0],adc_value[1],adc_value[2]);
** 3.5 示例结果
在这里插入图片描述
软件触发，模拟看门狗，多重ADC采集，注入通道后续更新。。。
如有错误，欢迎指出，不胜感激。
参考书籍和文章：
《STM32F4xx中文参考手册》
https://openatomworkshop.csdn.net/6673ddaba1e8811a9781de12.html
https://blog.csdn.net/Pretender_1205/article/details/136379247

一、ADC概述

1.1 ADC的特性

1.2 ADC的工作原理

1.2.1 ADC的供电部分(图1-1中①)：

1.2.2输入通道(图1-1中②)

1.2.3注入通道和规则通道(图1-1中③)

1.2.4触发源(图1-1中④)

1.2.5 ADC时钟与转换时间（图1-1中的⑤）

1.2.6数据寄存器（图1-1中的⑥）

1.2.7中断（图1-1中的⑦）

1.3 ADC转换结果电压计算

1.4 多重ADC模式

二、ADC的HAL库驱动程序

2.1主要函数

2.2软件启动转换方式

2.3中断转换方式

2.4 DMA方式转换

2.5 规则通道采样模式

三、定时器+ADC多通道+DMA中断读取

3.1设置TIM2

3.2 ADC1设置

3.3 DMA设置

3.4 uart1设置

3.5 程序设计

评论记录：