STMF103R8如何配置ADC采樣

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有人使用STM32F103系列想實(shí)現(xiàn)如下需求，碰到些許配置困難?！疽驔](méi)說(shuō)完整型號(hào)，這里假定為STMF103R8來(lái)聊。其實(shí)，對(duì)于下面話題，它是什么型號(hào)已經(jīng)不重要了，后面話題重點(diǎn)跟芯片型號(hào)基本無(wú)關(guān)?！?/p>

現(xiàn)在欲配置一個(gè)ADC采樣，配置Timer1通道1，2，3輸出三路PWM，同時(shí)想用Timer3的TRGO通道觸發(fā)ADC，要求ADC在三路PWM輸出高電平中間點(diǎn)采樣【即下圖紅色箭頭所指位置】。目前已經(jīng)知道配置方式是Timer1配置成中央對(duì)齊方式，然后ADC使能外部觸發(fā)，為了觀察是否在高電平中間點(diǎn)采樣，在ADC中斷做了一個(gè)IO口翻轉(zhuǎn)操作，現(xiàn)在觀察PWM和IO口波形，發(fā)現(xiàn)IO口翻轉(zhuǎn)還是在PWM高電平上升沿時(shí)出現(xiàn)，那么?該怎么配置呢?

要實(shí)現(xiàn)上面PWM輸出，我們可以考慮STM32芯片內(nèi)的高級(jí)定時(shí)器【TIM1或TIM8】，并讓更新事件發(fā)生在上面箭頭所指位置，同時(shí)將該更新事件作為ADC的觸發(fā)啟動(dòng)信號(hào)那就最方便了。

這樣是否可行，我們還得具體看看硬件資源上是否支持。

我們通過(guò)CubeMx可以快速查到,對(duì)于TIMER1的事件，這里的ADC僅支持它的前3個(gè)通道的比較事件來(lái)觸發(fā)它。因?yàn)檫@里選定要在那個(gè)中心點(diǎn)做觸發(fā)，那選擇3個(gè)比較通道的任一個(gè)都不太合適。

如果說(shuō)ADC支持TIM1的第4個(gè)通道的話，我們倒還可以用用它，但這里也不支持。

從上面截圖可以看到，ADC是支持來(lái)自TIM3的TRGO觸發(fā)信號(hào)的。既然這樣，如果將TIM1、TIM3主從級(jí)聯(lián)起來(lái)，讓TIM3與TIM1同步計(jì)數(shù)、并使用相同的計(jì)數(shù)周期，讓TIM3的更新事件發(fā)生在TIM1 PWM輸出的中心點(diǎn)，這樣按理應(yīng)該是可以的。

為了驗(yàn)證這點(diǎn)，因?yàn)槭稚蠜](méi)有F1系列開(kāi)發(fā)板，找了塊F411的開(kāi)發(fā)板來(lái)做測(cè)試。其外設(shè)方面跟F103系列比較接近。

通過(guò)查看手冊(cè)，TIM1/TIM3可以主從級(jí)聯(lián)起來(lái)。TIM1的TRGO可以作為TIM3的觸發(fā)輸入信號(hào)。

這里我們讓TIM1的更新事件作為TIM3的觸發(fā)啟動(dòng)信號(hào)，即讓TIM3工作在Trigger mode，讓TIM1啟動(dòng)TIM3. 這里令TIM1->ARR=10000, TIM3->ARR=20000，TIM1工作在中心對(duì)齊計(jì)數(shù)模式，TIM3工作在向上單向計(jì)數(shù)模式。TIM1的更新事件產(chǎn)生TRGO作為TIM3的觸發(fā)輸入信號(hào)。通過(guò)TIM3的更新事件觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換。

TIMER1相關(guān)參考配置如下：

TIMER3相關(guān)參考配置如下：

ADC部分配置代碼，這里只是開(kāi)啟了內(nèi)部Vrefint通道。主要驗(yàn)證ADC觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)。

配置OK后組織如下用戶代碼?！咀⒁猓貉奂獾娜藭?huì)發(fā)發(fā)現(xiàn)代碼里看到不到啟動(dòng)TIM3的語(yǔ)句。另外，我開(kāi)啟TIM3的更新中斷是為了在那里基于某gpio輸出個(gè)尖峰脈沖便于觀察?！?/p>

測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采樣點(diǎn)不是每個(gè)周期都有，而變成2個(gè)周期才有，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果倒是出來(lái)了，是下面的樣子：【黃色尖峰表示采樣觸發(fā)點(diǎn)】

這樣看起來(lái)，明顯感覺(jué)TIM3與TIM1的時(shí)鐘相差了1倍，也就說(shuō)TIM3要比TIM1慢1倍。難道二者所在外設(shè)時(shí)鐘不一樣？這個(gè)要看看手冊(cè)確認(rèn)下。

從手冊(cè)上看，TIM1/TIM3掛在不同的外設(shè)總線APB1和APB2上，總線時(shí)鐘上限不一樣。我們?cè)倏纯碈ubeMx里的配置：

從上圖時(shí)鐘樹(shù)來(lái)看，APB1分頻系數(shù)為4，導(dǎo)致掛APB1上的TIM3的時(shí)鐘才48MH,而掛APB2上的TIM1的時(shí)鐘則是96MHz,這樣導(dǎo)致了TIM1/TIM3的計(jì)數(shù)時(shí)鐘不一樣，前面設(shè)計(jì)時(shí)誤以為二者一樣了。那我把APB1分頻系數(shù)由4改成2應(yīng)該是可以的。只調(diào)整這個(gè)地方，其它不動(dòng)再做測(cè)試。

調(diào)整后，效果立竿見(jiàn)影，不再每?jī)蓚€(gè)周期才采樣一次，采樣點(diǎn)似乎也沒(méi)啥問(wèn)題。

不對(duì)，瞧著示波器多觀察會(huì)兒就會(huì)發(fā)現(xiàn)輸出不對(duì)勁！感覺(jué)那個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于PWM輸出波形在做漂移！剛開(kāi)始以為示波器問(wèn)題，細(xì)看明顯不是，因?yàn)槎呤窍鄬?duì)移動(dòng)，即采樣點(diǎn)并不固定在PMW輸出的中心位置?！救缦聢D所示】

基于上面的初步設(shè)計(jì)，2個(gè)定時(shí)器應(yīng)該是可以嚴(yán)格同步的，這樣的話采樣點(diǎn)不該偏移?。侩y道上面2個(gè)TIMER的時(shí)間參數(shù)哪里有問(wèn)題？現(xiàn)在二者的時(shí)鐘是一樣的了，都是96Mhz，然后經(jīng)過(guò)96分頻進(jìn)入計(jì)數(shù)器。目前兩個(gè)定時(shí)器的時(shí)間是這樣的：

看到這里，有人可能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題了！TIM1是雙向計(jì)數(shù)模式，按現(xiàn)有配置算起來(lái)，其計(jì)數(shù)周期是2*10000個(gè)時(shí)鐘，而TIM3是單向向上計(jì)數(shù)模式，它的計(jì)數(shù)周期則是20000+1個(gè)時(shí)鐘周期。跟TIM1的計(jì)數(shù)周期在數(shù)字上差了個(gè)1，因?yàn)橛?jì)數(shù)時(shí)鐘是經(jīng)過(guò)96分頻后過(guò)來(lái)的，意味著一個(gè)完整計(jì)數(shù)周期就差了96個(gè)PCLK 周期。也就說(shuō)這兩個(gè)TIMER即使有相同的計(jì)數(shù)起點(diǎn)，后面會(huì)不斷積累時(shí)間偏差【或者說(shuō)相位差更合適】，導(dǎo)致基于TIM3的更新事件的采樣點(diǎn)相對(duì)TIM1總是在飄動(dòng)。顯然，對(duì)于TIM3而言，如果它1個(gè)周期也計(jì)數(shù)20000個(gè)時(shí)鐘，它的ARR值應(yīng)該設(shè)置為19999，此處錯(cuò)了！

修改后再行測(cè)試，采樣點(diǎn)相對(duì)PWM輸出的高電平中心就非常穩(wěn)定了。你可以久久的凝視她，久久地，也見(jiàn)不到之前的漂移了，穩(wěn)如磐石。【下圖中黃色尖峰脈沖指示ADC采樣觸發(fā)時(shí)刻。ADC結(jié)果是同一內(nèi)部通道的轉(zhuǎn)換值?！?/p>

OK,稍作小結(jié)。開(kāi)發(fā)時(shí)我們可以基于現(xiàn)有資源看菜吃飯，這里只是想借開(kāi)篇問(wèn)題分享點(diǎn)東西。問(wèn)題不復(fù)雜，但真要做起來(lái)總會(huì)有七七八八的事情冒出來(lái)，也只有真正做起來(lái)才會(huì)體驗(yàn)到諸多細(xì)節(jié)，比如TIMER時(shí)基參數(shù)的擬定，它雖不復(fù)雜、不深?yuàn)W但不代表不容易出錯(cuò)。這點(diǎn)也是本篇旨在重點(diǎn)提醒的地方。

對(duì)于STM32常規(guī)定時(shí)器而言，在單向【向上或向下】計(jì)數(shù)模式下，計(jì)數(shù)周期對(duì)應(yīng)于ARR+1;對(duì)于中心對(duì)齊計(jì)數(shù)模式，計(jì)數(shù)周期對(duì)應(yīng)于2倍ARR值。分頻系數(shù)對(duì)應(yīng)于PSC+1,溢出事件重復(fù)計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)于RCR+1.

試想下，對(duì)于前面采樣點(diǎn)發(fā)生漂移現(xiàn)象，如果我不對(duì)時(shí)鐘源先做96分頻，這個(gè)漂移就不那么容易發(fā)現(xiàn)了。不容發(fā)現(xiàn)不代表那個(gè)漂移不存在，如果變成產(chǎn)品的話，就容易遇到那種奇怪的現(xiàn)象，產(chǎn)品剛開(kāi)始功能很正常，后來(lái)用著用著功能就不太對(duì)勁了，然后當(dāng)對(duì)產(chǎn)品復(fù)位或重啟后問(wèn)題似乎又消失了，但隨著時(shí)間的推移問(wèn)題又會(huì)重現(xiàn)，就很可能陷入那種沒(méi)完沒(méi)了而又無(wú)計(jì)可施的困擾和無(wú)奈狀態(tài)。

當(dāng)然，這里還涉及中心對(duì)齊計(jì)數(shù)模式下更新事件的位置擬定、定時(shí)器主從同步等內(nèi)容，有興趣的可以進(jìn)一步嘗試體驗(yàn)。

好，不多聊了。此中有真意，欲辨已忘言。

　　審核編輯：湯梓紅