Уроки STM32. Работа с АЦП через функции библиотеки HAL (продолжение).

Продолжим работу с АЦП через HAL-функции. Научимся запускать преобразование от таймера, считывать результат по прерыванию. Разработаем 4х канальный вольтметр среднего значения. Повторим проекты из предыдущих уроков, в которых АЦП работает в режиме сдвоенных преобразований.

Предыдущий урок Список уроков Следующий урок

В этой статье реализуются проекты уроков 28 и 29 с использованием HAL-библиотеки. Логику работы АЦП я подробно не объясняю. Если что-то непонятно, то лучше вернитесь к предыдущим урокам. Для понимания материала этого урока режимы и логику функционирования АЦП надо знать.

Четырех канальный вольтметр среднего значения.

Реализуем с использованием HAL-функций проект вольтметра из урока 28. Научимся работать с АЦП в фоновом режиме с использованием прерываний. А именно:

запускать преобразование АЦП циклически от таймера;
считывать результат в обработчике прерываний;
вычислять среднее значение сигнала.

В этом проекте ожидание конверсии АЦП не будет блокировать выполнение основного цикла.

В результате должен получиться 4х канальный вольтметр среднего значения вполне применимый в практических задачах.

Повторю алгоритм работы программы.

Аппаратный таймер циклически запускает преобразование 4х инжектированных каналов с периодом 100 мкс.
По окончанию преобразования АЦП генерирует прерывание, в обработчике которого считываются и усредняются измеренные значения.
Время усреднения результатов преобразований 250 мс или 2500 выборок по 0,1 мс.
По истечению периода усреднения измеренные значения выводятся на LCD-дисплей и через UART передаются на компьютер.

За основу я взял проект из предыдущего урока Lesson31_1. В нем уже установлена библиотека для работы с LCD-дисплеем и конфигурирован UART.

Копируем проект или создаем новый. Открываем конфигуратор STM32CubeMX.

Настраиваем АЦП. Мы будем использовать только 4 инжектированных каналов.

Регулярные каналы запрещаем.
Число преобразований инжектированных каналов задаем 4.
Разрешаем режим сканирования.

Запускать АЦП будем от таймера 2. Поэтому в качестве источника внешнего запуска выбираем событие таймера 2.

Осталось задать параметры каналов в последовательности сканирования.

Результат будем считывать по прерыванию АЦП. Поэтому разрешаем его в закладке NVIC Settings.

Настраиваем таймер 2. Мы научились делать это в уроке 16.

Наша задача конфигурировать таймер, чтобы он сбрасывался каждые 100 мкс.

В окне Timers -> TIM2 -> TIM2 Mode and Configuration разрешаем тактирование от внутреннего источника.

В окне Parameter Settings задаем:

Предделитель 719. Коэффициент деления будет равен 720, период тактирующих импульсов на выходе предделителя – 10 мкс.
Режим счетчика – Up. Будем считать в строну увеличения.
В регистр перезагрузки установим значение 9. Коэффициент деления будет 10, а значит период тактирования счетчика 10 мкс * 10 = 100 мкс.
В качестве выходного события таймера выбираем перезагрузку.

Прерывание по таймеру разрешать не надо. Мы запускаем АЦП по событию таймера.

Все. Создаем проект.

Считывание результата преобразование можно производить в обработчике прерывания, как это мы делали в уроке 28.

void ADC1_2_IRQHandler(void) {

}

Но в HAL-библиотеке для этого есть Callback-функции. Они вызываются по завершении какого-либо события. Нас интересует функция завершения преобразования HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback.

Callback-функции объявляются в библиотеке HAL как “слабые ссылки”. При объявлении используется атрибут __weak. Это означает, что они могут быть переопределены пользователем в своем коде без объявления. Т.е. это своеобразные функции-заглушки.

Для нас важно, что достаточно создать в программе тело функции, не заботясь об остальном.

/* USER CODE BEGIN 0 */
void HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{

}

Здесь и будем работать с результатом АЦП.

Callback-вызов общий для двух АЦП. Если используются оба модуля, то надо делать проверку, от которого из них пришел вызов функции.

void HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
if(hadc->Instance == ADC1)
{
// обработка АЦП1

}
}

Вот как выглядит блок чтения и усреднения результатов преобразований вольтметра.

Зарегистрируйтесь и оплатите. Всего 40 руб. в месяц за доступ ко всем ресурсам сайта!

По каждому вызову функции HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback результаты каналов накапливаются в массиве sumADC;
Счетчик averageCounter считает число выборок. При достижении его равным 2500, перегружает накопленные числа в переменные среднего значения averageADC.
Устанавливается признак flagReady, сообщающий о том, что появился новый результат измерений.

Остается в основном цикле периодически проверять флаг готовности flagReady и выводить измеренные величины на дисплей и в UART.

if( flagReady != 0 ) {
flagReady=0;
res= (float)averageADC[0] * VREF / 4096. / 2500.; // пересчет в напряжение

// вывод на LCD
. . . . . . . .
}

Еще надо добавить в исходный код калибровку АЦП

HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);

А также запуск его в режиме с прерываниями

HAL_ADCEx_InjectedStart_IT(&hadc1);

и запуск таймера 2.

HAL_TIM_Base_Start(&htim2);

Компилируем программу, загружаем в микроконтроллер.

У меня не заработало. Таймер 2 генерирует событие по перезагрузке, но АЦП по нему не запускается.

Объяснить не могу. Опытным путем выяснил, что мешает, установленный в битах EXTSEL, источник запуска регулярной группы - программный запуск SWSTART.

Непонятно, как это влияет. Тем более, что регулярные каналы мы не используем, а внешний запуск для них запрещен.

Такое состояние битов EXTSEL устанавливает CubeMX при запрещении регулярных каналов.

Можно разрешить регулярные каналы и установить источник запуска для них любой, кроме программного. Можно изменить биты EXTSEL в регистре CR2.

Я исправил строку

// hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_EXTERNALTRIGCONV_T3_TRGO;

в блоке конфигурации АЦП. При этом бит разрешения внешнего запуска для регулярных каналов остался в запрещающем состоянии.

После этого вольтметр заработал правильно.

Проект можно загрузить по ссылке

Зарегистрируйтесь и оплатите. Всего 40 руб. в месяц за доступ ко всем ресурсам сайта!

Работает с этим устройством и программа верхнего уровня из урока 28.

Проект 4х канального вольтметра с использованием АЦП в режиме сдвоенных преобразований.

Разработаем устройство подобное предыдущему проекту, только добавим условие, что пары каналов 0, 1 и 2, 3 должны считываться одновременно.

Модули АЦП будут работать в режиме сдвоенных преобразований, а точнее в режиме одновременных преобразований инжектированных каналов. Напомню, что это режим, при котором оба АЦП запускаются одновременно по сигналу запуска АЦП1.

Открываем STM32CubeMX.

Настраиваем систему тактирования, как в предыдущем проекте.

Настраиваем АЦП.

Для первого АЦП выбираем каналы IN0 и IN2.

Для второго каналы IN1 и IN3.

В обоих модулях запрещаем преобразования регулярных групп, для инжектированных задаем по два преобразования и настраиваем параметры каналов.

Теперь доступны все режимы АЦП1.

Выбираем Dual injected simultaneous mode.

Источник запуска – событие таймера 2.

Разрешаем прерывание АЦП 1.

Таймер 2 настраиваем аналогично предыдущему проекту.

Прерывание по таймеру разрешать не надо. Мы запускаем АЦП по событию таймера.

Не забудем про UART1.

Создаем проект.

В Atollic TrueStudio:

Подключаем библиотеки.

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "LCD780.h"
#include "DelayDWT.h"
/* USER CODE END Includes */

Правой кнопкой мыши нажимаем на папку LCD780 в проекте, Add/Remove Include Path -> OK.
Ту же операцию повторяем с папкой DelayDWT.
Правой кнопкой по Libraries, Properties -> C/C++ General -> Paths and Symbols -> Source Location -> Add Folder -> Apply.
Добавим блок инициализации дисплея.

// инициализация дисплея
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN | RCC_APB2ENR_IOPAEN ;
initDelayDwt();
init_LCD(GPIOA, 1<<12, GPIOA, 1<<15, GPIOB, 1<<14, GPIOB, 1<<15, GPIOA, 1<<8, GPIOA, 1<<11, 16, 2, 1);

Теперь можно работать с функциями библиотеки LCD-дисплея.

Создаем Callback-функцию окончания преобразования инжектированных каналов. Она повторяет аналогичную функцию предыдущего проекта, за исключением строк чтения результата.

sumADC[0] += HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc1, 1);
sumADC[1] += HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc2, 1);
sumADC[2] += HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc1, 2);
sumADC[3] += HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc2, 2);

Результаты преобразований хранятся в регистрах разных модулях АЦП.

if( flagReady != 0 ) {
flagReady=0;
res= (float)averageADC[0] * VREF / 4096. / 2500.; // пересчет в напряжение

// вывод на LCD
. . . . . . . .
}

Добавим в исходный код калибровку АЦП

HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc2);

А также запуск его в режиме с прерываниями

HAL_ADCEx_InjectedStart_IT(&hadc1);

и запуск таймера 2.

HAL_TIM_Base_Start(&htim2);

Подкорректируем биты EXTSEL регулярной группы.

// hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_EXTERNALTRIGCONV_T3_TRGO;

Еще надо разрешить запуск АЦП2. HAL-функция конфигурации почему-то этого не делает.

ADC2->CR2 |= ADC_CR2_JEXTTRIG; // разрешение запуска АЦП2

Источник запуска задавать не нужно. Второй АЦП запускается от первого.

Компилируем, загружаем.

Вот мой проект.

Зарегистрируйтесь и оплатите. Всего 40 руб. в месяц за доступ ко всем ресурсам сайта!

Внешне работа устройства ничем не отличается от предыдущего проекта.

Проект простого осциллографа.

Повторим второй проект урока 29 – цифровой осциллограф. Напомню, что в нем мы создали цифровой осциллограф со следующими параметрами.

Частота сканирования – 2 мГц.
Длительность развертки 4 мс.
Число выборок 8000.
Запуск от компьютера.

Чтобы создать устройство со временем выборки 0,5 мкс (частота 2 мГц) необходимо использовать оба АЦП в режиме быстрых преобразований со смещением во времени. При этом АЦП должны работать с максимальным быстродействием. Все временные расчеты в уроке 29.

Проверку окончания преобразования и чтение результатов мы не сможем реализовать с помощью HAL-функций. Вызов функций достаточно длительная операция, а нам необходимо в цикле с периодом всего 1 мкс делать одну проверку и два чтения.

Поэтому настройку АЦП сделаем с помощью библиотеки HAL, а цикл сканирования оставим без изменений, т.е. с использованием обращений к регистрам CMSIS.

Я копировал проект Lesson29_2 и переименовал его в Lesson32_3.

Удалил блок инициализации АЦП.

Открыл проект конфигуратором CubeMX.

Настроил частоту тактирования АЦП на 14 мГц.