12.1 實驗內(nèi)容

本實驗是通過ADC規(guī)則組多通道循環(huán)采樣方式實現(xiàn)雙軸按鍵搖桿傳感器x和y軸電壓值的讀取，通過本實驗主要學習以下內(nèi)容：

? 雙軸按鍵搖桿傳感器工作原理

? DMA原理

? 規(guī)則組多通道循環(huán)采樣

12.2 實驗原理

12.2.1 雙軸按鍵搖桿傳感器工作原理

搖桿一般在航模中的無人機、電玩、遙控車、云臺等設備上應用廣泛，很多帶有屏幕的設備也經(jīng)常使用搖桿作為菜單選擇的輸入控制。

雙軸按鍵搖桿主要由兩個電位器和一個按鍵開關(guān)組成，兩個電位器隨著搖桿扭轉(zhuǎn)角度分別輸出X、Y軸上對應的電壓值，在Z軸方向上按下?lián)u桿可觸發(fā)輕觸按鍵，在配套機械結(jié)構(gòu)的作用下，無外力扭動的搖桿初始狀態(tài)下，兩個電位器都處在量程的中間位置。

12.2.2 DMA原理

本實驗中ADC通道有兩個，分別為搖桿傳感器x軸和y軸電壓，所以我們用規(guī)則組多通道采樣實現(xiàn)雙軸的電壓讀取，從上一章內(nèi)容中可以知道，ADC規(guī)則組實現(xiàn)多通道轉(zhuǎn)換時，必須要用到DMA。下面我們介紹下DMA原理。

DMA（直接存儲器訪問控制器）是一個非常好用的外設，它提供了一種硬件的方式在外設和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間傳輸數(shù)據(jù)，而無需 CPU 的介入，從而使 CPU 可以專注在處理其他系統(tǒng)功能上。GD32F303有兩個DMA，其中DMA0有7個通道，DMA1有5個通道。DMA的特性如下：

? 傳輸數(shù)據(jù)長度可編程配置，最大到 65536；

? 12 個通道，并且每個通道都可配置（DMA0 有 7 個通道， DMA1 有 5 個通道）；

? AHB 和 APB 外設，片上閃存和 SRAM 都可以作為訪問的源端和目的端；

? 每個通道連接固定的硬件 DMA 請求；

? 支持軟件優(yōu)先級（低、中、高、極高）和硬件優(yōu)先級（通道號越低，優(yōu)先級越高）；

? 存儲器和外設的數(shù)據(jù)傳輸寬度可配置：字節(jié)，半字，字；

? 存儲器和外設的數(shù)據(jù)傳輸支持固定尋址和增量式尋址；

? 支持循環(huán)傳輸模式；

? 支持外設到存儲器，存儲器到外設，存儲器到存儲器的數(shù)據(jù)傳輸；

? 每個通道有 3 種類型的事件標志和獨立的中斷；

? 支持中斷的使能和清除。

DMA實現(xiàn)很簡單，只要配置好以下幾要素即可。

1. 源地址和目標地址：DMA進行數(shù)據(jù)搬運過程為從源地址讀取到數(shù)據(jù)，再搬運到目標地址。本實驗中，需要把ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果搬運到自定義的buffer中，所以源地址就要設置為ADCx_RDATA寄存器地址，目標地址為buffer地址。
2. 源和目標的地址增量方式：地址增量方式有固定模式和增量模式兩種，固定模式是指進行一次DMA搬運后，下次搬運的源地址或目標地址保持不變；增量模式指進行一次DMA搬運后，下次搬運的源地址或目標地址會加1。本實驗中，源地址始終都應該為ADCx_RDATA地址，所以源地址增量方式需要設置為固定模式，而目標地址為自定義buffer，我們需要用buffer[0]存儲x軸數(shù)據(jù)，buffer[1]存儲y軸數(shù)據(jù)，所以目標地址增量方式需要設置為增量模式。
3. DMA傳輸方向：DMA傳輸方向有三種，分別為外設地址->存儲器地址、存儲器地址->外設地址以及存儲器->存儲器。本實驗中源地址是外設地址，目標地址為自定義buffer地址即存儲器地址，故傳輸方向需設置為外設地址->存儲器地址。
4. 源和目標數(shù)據(jù)位寬：源和目標數(shù)據(jù)位寬表示每次搬運的數(shù)據(jù)長度，可以設置為8bit、16bit和32bit。本實驗中ADC的數(shù)據(jù)只占用ADCx_RDATA寄存器的低半字即16bit，所以源和目標位寬選擇16bit即可。
5. DMA傳輸個數(shù)和循環(huán)模式：傳輸個數(shù)表示一輪DMA傳輸可以搬運的次數(shù)。循環(huán)模式表示當一輪DMA傳輸結(jié)束后，是否直接進行下一輪搬運，當開啟循環(huán)模式后，當上一輪DMA傳輸結(jié)束后，源地址和目標地址會恢復到最開始的狀態(tài)。本實驗中，需要轉(zhuǎn)換2個通道ADC，故DMA傳輸個數(shù)設置為2，循環(huán)模式開啟。
6. DMA通道優(yōu)先級：DMA的每個通道都有一個軟件優(yōu)先級，當DMA控制器在同一時間接收到多個外設請求時，仲裁器將根據(jù)外設請求的優(yōu)先級來決定響應哪一個外設請求。優(yōu)先級包括軟件優(yōu)先級和硬件優(yōu)先級，優(yōu)先級規(guī)則如下：

軟件優(yōu)先級：分為4級，低，中，高和極高。可以通過寄存器DMA_CHxCTL的PRIO位域來配置。
硬件優(yōu)先級：當通道具有相同的軟件優(yōu)先級時，編號低的通道優(yōu)先級高。例：通道0和通道2配置為相同的軟件優(yōu)先級時，通道0的優(yōu)先級高于通道2。

上面描述了DMA配置的一些要素，那么DMA是如何被觸發(fā)的呢，我們來看下DMA請求映射表：

DMA0各通道請求表：

DMA1各通道請求表：

本實驗中是ADC配合DMA來使用，如果使用DMA去搬運ADC0的數(shù)據(jù)，從上表查詢得知需要使用DMA0的通道0，如果是搬運ADC2的數(shù)據(jù)，則要用到DMA1的通道4。如現(xiàn)在設置DMA1的通道4去搬運ADC2的數(shù)據(jù)，當ADC2每轉(zhuǎn)換一個通道，ADC2_RDATA會更新一次數(shù)據(jù)，此時ADC2會自動向DMA1的通道4發(fā)出一次搬運請求，DMA收到請求后會進行一次數(shù)據(jù)搬運。DMA的請求和應答方式見下圖：

12.3 硬件設計

本實驗的原理圖如下：

從原理圖中可以看出，搖桿的x、y軸分別接到了PF7和PF8，從Datasheet中可以查到PF7對應ADC2_CH5，PF8對應ADC2_CH6。

12.4 代碼解析

本實驗用到兩個ADC2通道，使用ADC2規(guī)則組搭配DMA1通道4進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和搬運，ADC2規(guī)則組和DMA1通道4都開啟循環(huán)模式，一旦開始ADC2規(guī)則組轉(zhuǎn)換，會持續(xù)對搖桿x、y軸電壓進行轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)搬運。

12.4.1 DMA和ADC初始化

在driver_adc.c中定義driver_adc_regular_ch_dma_config函數(shù)，該函數(shù)實現(xiàn)DMA和ADC的初始化。

C
void driver_adc_regular_ch_dma_config(typdef_adc_ch_general *ADC, typdef_adc_ch_parameter *ADC_CH,void *buffer)
{
dma_parameter_struct dma_data_parameter;
/*DMA時鐘開啟*/
rcu_periph_clock_enable(ADC->dma_parameter.rcu_dma);
/*DMA通道參數(shù)復位*/
dma_deinit(ADC->dma_parameter.dma_periph, ADC->dma_parameter.dma_channel);
/*DMA源地址、目標地址、增量方式、傳輸位寬、傳輸方向、傳輸個數(shù)、優(yōu)先級設置*/
dma_data_parameter.periph_addr ?= (uint32_t)(&ADC_RDATA(ADC->adc_port));
dma_data_parameter.periph_inc ??= DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;
dma_data_parameter.memory_addr ?= (uint32_t)(buffer);
dma_data_parameter.memory_inc ??= DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
if(ADC->adc_mode == ADC_DAUL_REGULAL_PARALLEL)
{
dma_data_parameter.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_32BIT;
dma_data_parameter.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_32BIT;
}
else
{
dma_data_parameter.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_16BIT;
dma_data_parameter.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_16BIT;
}
dma_data_parameter.direction ???= DMA_PERIPHERAL_TO_MEMORY;
dma_data_parameter.number ??????= ADC->dma_parameter.dma_number;
dma_data_parameter.priority ????= ADC->dma_parameter.dma_priority;
dma_init(ADC->dma_parameter.dma_periph, ADC->dma_parameter.dma_channel, &dma_data_parameter);
/*DMA循環(huán)模式設置*/
if(ADC->dma_parameter.dma_circulation_mode == ENABLE)
{
dma_circulation_enable(ADC->dma_parameter.dma_periph, ADC->dma_parameter.dma_channel);
}
else
{
dma_circulation_disable(ADC->dma_parameter.dma_periph, ADC->dma_parameter.dma_channel);
}
/*使能DMA*/
dma_channel_enable(ADC->dma_parameter.dma_periph, ADC->dma_parameter.dma_channel);
/*ADC初始化*/
driver_adc_config(ADC,ADC_CH);
}

在driver_adc.h中聲明了ADC DMA的結(jié)構(gòu)體：

C
typedef struct __typdef_adc_dma_parameter
{
rcu_periph_enum rcu_dma;//DMA時鐘
uint32_t dma_periph;//DMA號
dma_channel_enum dma_channel;//DMA通道號
uint32_t dma_number;//DMA傳輸個數(shù)
uint32_t dma_priority;//DMA通道優(yōu)先級
EventStatus dma_circulation_mode;//循環(huán)模式
}typdef_adc_dma_parameter;

這段代碼比較簡單，請讀者按照前面介紹的DMA原理進行解析。

12.4.2 搖桿ADC設置所需要的參數(shù)及IO口結(jié)構(gòu)體定義

在bsp_adc.c中，對搖桿ADC設置所需要的參數(shù)及IO擴結(jié)構(gòu)體數(shù)組進行了定義：

C
typdef_adc_ch_general ?Rocker_ADC= {
.rcu_adc = RCU_ADC2,//ADC2的時鐘
.adc_psc = RCU_CKADC_CKAPB2_DIV6,//ADC2設置為APB2 6分頻
.adc_port = ADC2,//ADC口為ADC2
.adc_mode = ADC_MODE_FREE,//ADC模式為獨立模式
.adc_channel_group = ADC_REGULAR_CHANNEL,//使用規(guī)則組
.adc_scan_function = ENABLE,//開啟掃描模式
.adc_continuous_function = ENABLE,//開啟循環(huán)模式
.ch_count = 2,//轉(zhuǎn)換長度為2
.dma_parameter =
{
.rcu_dma = RCU_DMA1,//DMA1的時鐘
.dma_periph = DMA1,//使用DMA1
.dma_channel = DMA_CH4,//使用通道4
.dma_number = 2,//DMA傳輸長度為2
.dma_priority = DMA_PRIORITY_HIGH,//DMA通道優(yōu)先級
.dma_circulation_mode = ENABLE//DMA循環(huán)模式打開
},
.trigger_source = ADC0_1_2_EXTTRIG_REGULAR_NONE,//ADC觸發(fā)源選擇為軟件觸發(fā)
.DMA_mode = ENABLE//使用DMA
};

typdef_adc_ch_parameter Rocker_ch[2] =
{
{
.rcu_port = RCU_GPIOF,//GPIOF時鐘
.port = GPIOF,//GPIO port
.pin = GPIO_PIN_7,//PF7
.gpio_speed = GPIO_OSPEED_10MHZ,//PF7速度設置為10MHz
.adc_channel = ADC_CHANNEL_5,//PF7是ADC2的通道5
.sample_time = ADC_SAMPLETIME_55POINT5//設置采樣周期為55.5
}
,
{
.rcu_port = RCU_GPIOF,//GPIOF時鐘
.port = GPIOF,//GPIO port
.pin = GPIO_PIN_8,//PF8
.gpio_speed = GPIO_OSPEED_10MHZ,//PF8速度設置為10MHz
.adc_channel = ADC_CHANNEL_6,//PF8是ADC2的通道6
.sample_time = ADC_SAMPLETIME_55POINT5//設置采樣周期為55.5
}
};//ADC通道參數(shù)配置，包括IO口，和對應通道以及采樣周期

12.4.3 搖桿 ADC初始化和觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換的具體實現(xiàn)函數(shù)

在bsp_adc.c中定義了搖桿 DMA和ADC初始化和觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換的函數(shù)：

C
uint16_t Rocker_data[2] ;
void bsp_Rocker_ADC_config()
{
driver_adc_regular_ch_dma_config(&Rocker_ADC,Rocker_ch,(uint16_t*)Rocker_data);
driver_adc_software_trigger_enable(&Rocker_ADC);
}

12.4.4 main函數(shù)實現(xiàn)

C
int main(void)
{
delay_init();//延時函數(shù)初始化
bsp_uart_init(&BOARD_UART);//BOARD_UART串口初始化
bsp_Rocker_ADC_config();//搖桿ADC配置
while (1)
{
delay_ms(100);//延時100ms
printf(" the Rocker x and y axis data is %d,%d \r\n", Rocker_data[0],Rocker_data[1]);//打印搖桿數(shù)據(jù)
}
}

本例程main函數(shù)首先進行了延時函數(shù)初始化，為了演示實驗結(jié)果，這里初始化了BOARD_UART串口，關(guān)于串口的使用，請讀者參考串口章節(jié)，然后是搖桿ADC配置。在主循環(huán)中，每100ms打印一次搖桿x、y軸的ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

12.5 實驗結(jié)果

使用USB-TypeC線，連接電腦和板上USB to UART口后，配置好串口調(diào)試助手，即可看到搖桿打印數(shù)據(jù)了，搖動搖桿可以看到x、y軸ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的變化。

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