Mikrokontrolery STM32 - Wykorzystanie ADC i DMA.pdf - STM32 - kubuspucharek

PODZESPOŁY

Mikrokontrolery STM32

Wykorzystanie ADC i DMA

Otaczająca nas rzeczywistość ma postać analogową, zatem

każdy system mikroprocesorowy, który ma pracować w oparciu

o informacje pochodzące z tej rzeczywistości, musi być wyposażony

w przetworniki A/C. Większość z obecnie produkowanych

mikrokontrolerów posiada już wbudowane ADC na tyle dobrej

jakości, że często są one wystarczające dla poprawnego działania

aplikacji. Odpada zatem konieczność stosowania zewnętrznych

przetworników, co poprawia niezawodność i upraszcza budowę

urządzenia. W artykule przestawiamy w jaki sposób rozpocząć pracę

z ADC i DMA wbudowanymi w mikrokontrolery STM32. Wszystkie

projekty zostały przygotowane i uruchomione na płycie ewaluacyjnej

STM3210B-EVAL.

symalnie cztery. Zasadnicza różnica pomiędzy

tymi dwiema grupami polega na tym, że kon-

wersja kanałów należących do injected group

ma wyższy priorytet, niż regular group . Jeżeli

wykonanie przetwarzania A/C jest krytyczne

i nie może być mowy o jakichkolwiek opóź-

nieniach, to wówczas należy konwersję wyko-

nać przy pomocy kanałów ADC należących do

injected group . Jeżeli konwersja regular group

jest w trakcie wykonywania i MCU otrzyma

żądanie wykonania konwersji grupy „wstrzy-

kiwanej”, to wtedy następuje zawieszenie

przetwarzania na jej rzecz. W momencie, gdy

proces jej przetwarzania zostanie zakończony,

to wywłaszczona konwersja zostaje wznowio-

na od momentu jej przerwania. Zachowanie to

pokazano na rys. 2 . Ponadto injected group

ma oddzielne rejestry danych dla każdego

z kanałów pomiarowych, czyli w sumie cztery,

co zaznaczono na rys. 1.

Każda nieco bardziej zaawansowana aplikacja

wykorzystująca przetworniki A/C, wymaga specy-

ﬁcznego podejścia. Z tego powodu producenci

mikrokontrolerów implementują w swoich ADC

coraz bardziej wymyślne tryby ich działania. Jest

to najczęściej ściśle związane z możliwymi za-

stosowaniami, do których przeznaczony jest

mikrokontroler. Również i w STM32 mamy do

dyspozycji kilka trybów działania ADC:

• ciągła lub jednorazowa konwersja pojedyn-

czego kanału, lub wielu kanałów,

• tryb nieciągły ( discontinuous ),

• jednoczesna praca dwóch przetworników,

• wyzwalanie przetwornika za pomocą timera

lub zewnętrznego przerwania.

Przetwornik jest również wyposażony

w sprzętowy, analogowy Watchdog, który ma

ustawiane progi (niski i wysoki), po przekrocze-

niu których może być generowane przerwanie.

Do tego wszystkiego możemy również ustawić

czas próbkowania sygnału. Dla potrzeb projek-

Każdy z mikrokontrolerów, należący do ro-

dziny STM32, jest wyposażony w przynajmniej

jeden przetwornik analogowo-cyfrowy oraz

sprzętowy kontroler DMA. Aby oswoić się nieco

z przetwarzaniem A/C, uruchomimy na począ-

tek prostą aplikację. Jej zadaniem będzie poka-

zywanie na wyświetlaczu LCD w formie wykre-

su U=f(t), wartości napięcia na doprowadzeniu

PC4, do którego dołączony jest potencjometr

RV1. Poznamy sposób, w jaki przetworniki są

konﬁgurowane i obsługiwane, co pozwoli na

zbudowanie bardziej skomplikowanych apli-

kacji. Gdy ADC będzie już pracował zgodnie

z założeniami, to wykorzystamy możliwości ja-

kie drzemią w kontrolerze DMA w połączeniu

z ADC. Materiały do projektów są dostępne

na stronie paprocki.wemif.net oraz na płycie

CD-EP1/2009B dołączonej do numeru. W pierw-

szej kolejności jednak zapoznamy się nieco bliżej

z budową przetworników A/C, w które wypo-

sażone są mikrokontrolery STM32.

wykonać dwa pomiary prądu dokładnie w tym

samym czasie. Oczywistym jest, że taka jedno-

czesna praca obydwu przetworników może być

wykorzystywana również wszędzie tam, gdzie

jest wymagany równoczesny pomiar kilku na-

pięć (lub pośrednio – prądów).

Wbudowane w mikrokontroler przetworniki

A/C są wyposażone w układy kalibracji. Dzięki

nim znacznie zmniejsza się błąd przetwarzania

wynikający z niedokładności pojemności kon-

densatorów pamiętających próbkowane na-

pięcie. Typowo pojemność takich kondensato-

rów wynosi 12 pF, jednak wykonywane są one

z pewną tolerancją, zatem wartość pojemności

może odbiegać od deklarowanej. Wpływ różnic

pojemności na wynik pomiaru niwelowany jest

w czasie kalibracji.

Z rys. 1 wynika, że ADC może przetwarzać

sygnały w dwóch grupach: regular group (re-

gularna) oraz injected group („wstrzykiwana”).

Wyjaśnimy pokrótce, na czym polegają różnice

w obsłudze tych dwóch grup.

Regular group – jest to grupa podstawowa,

do której możemy przypisać do szesnastu kana-

łów pomiarowych, w odróżnieniu od injected

group , do której mogą być przypisane mak-

Budowa przetwornika analogowo–

cyfrowego

Zamontowany na płytce ewaluacyjnej układ

STM32F103VB ma wbudowane dwa 12-bito-

we 16-kanałowe ADC, które mogą pracować

w wielu różnych trybach. Na rys. 1 przed-

stawiono uproszczoną budowę przetwornika

analogowo–cyfrowego zaimplementowanego

w wykorzystywanym przez nas mikrokontro-

lerze. Nasz bohater ma wbudowane dwa takie

przetworniki oznaczone jako ADC1 i ADC2.

Firma ST umieszczając w swoich produktach

wielokrotne, autonomiczne przetworniki ana-

logowo-cyfrowe, zrobiła ukłon w kierunku

konstruktorów wykorzystujących w swoich

aplikacjach bezszczotkowe silniki trójfazowe

prądu stałego. W tego typu rozwiązaniach,

aby kontrolować parametry pracy silnika, należy

Rys. 1. Uproszczony schemat blokowy przetwornika A/D

116

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2009

Wykorzystanie ADC i DMA

tów przykładowych przedstawionych w artykule

zostanie użyty tryb ciągły, z pomiarem jednego

lub dwóch kanałów.

Rys. 2. Ilustracja przerwy w konwersji grupy sygnałów regular na rzecz injected

Pomiar w trybie ciągłym

Na l ist. 1 przedstawiono program, który rea-

lizuje odczyt napięcia na nóżce PC4 mikrokontro-

lera (wyprowadzenie 33 dla obudowy LQFP100).

Na płytce STM3210B-EVAL wyprowadzenie to jest

podłączone do potencjometru RV1. Wartość napię-

cia zasilającego PC4 wskazywana jest na graﬁcznym

wyświetlaczu LCD w formie wykresu U=f(t).

Z noty katalogowej mikrokontrolera

STM32F103VB można odczytać, że domyślną

funkcją alternatywną tego wyprowadzenia jest

ADC12_IN14, zatem będziemy korzystać z 14

kanału przetwornika. W tym przykładzie (jak

również w pozostałych) są wykorzystywane

standardowe funkcje obsługi LCD dostarczane

przez ﬁrmę ST. Są dobrze opisane w dokumen-

tacji, toteż nie będziemy się nimi szczegółowo

zajmować.

Aby przetwornik analogowo–cyfrowy działał

poprawnie, należy go w pierwszej kolejności

skonﬁgurować odpowiednio do potrzeb apli-

kacji. Będziemy korzystać z pierwszego prze-

twornika ADC1, o czym poinformujemy MCU

w odpowiednim miejscu. Tak, jak miało to miej-

sce w przypadku innych układów peryferyjnych

(artykuły w EP11/08 i EP12/08), konﬁgurowa-

nie ADC odbywa się poprzez wypełnianie pól

struktury inicjującej i późniejsze jej przekazanie

do odpowiedniej funkcji.

Po utworzeniu zmiennej ADC_InitStruct roz-

poczynamy wypełnianie jej pól. Pierwszy pa-

rametr określa, czy przetwornik ma pracować

samodzielnie, czy też wraz z drugim ADC. Dla

nas interesujący jest tryb pracy niezależnej ( inde-

pendent ). Ponieważ przetwarzamy tylko jeden

kanał, to wyłączamy opcję skanowania wielu ka-

nałów oraz włączamy pracę ciągłą ( continuous ).

Taki sposób pracy jest symbolicznie przedstawio-

ny na rys. 3 .

W naszym przykładzie nie będziemy korzy-

stać z wyzwalania ADC za pomocą np. któregoś

z timerów, czy też przerwania zewnętrznego,

zatem informujemy o tym MCU.

Wbudowany w mikrokontrolery STM32

przetwornik daje możliwość programowego

ustalenia, czy dane zapisywane do rejestru DR

( Data Register ) przetwornika mają być wyrów-

List. 1. Program odczytujący napięcie przyłożone do PC4

void RCC_Conf(void);

void NVIC_Conf(void);

void GPIO_Conf(void);

void SysTick_Conf(void);

int index = 0;

int wyniki[320] = {0};

int main(void)

{

ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;

RCC_Conf(); NVIC_Conf(); GPIO_Conf();

SysTick_Conf(); // SysTick wykorzystywany przez funkcje Delay()

// Jeden przetwornik, pracujacy niezaleznie

ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

// Pomiar jednego kanalu, wylacz opcje skanowania

ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;

// Wlacz pomiar w trybie ciaglym

ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

// Nie bedzie wyzwalania zewnetrznego

ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

// Dane wyrownane do prawej - znaczacych bedzie 12 mlodszych bitow

ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

// Jeden kanal

ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;

// Inicjuj przetwornik

ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);

// Grupa regularna, czas probkowania 71,5 cykla czyli 5,1us

ADC_RegularChannelConﬁg(ADC1, ADC_Channel_14, 1, ADC_SampleTime_71Cycles5);

// Wlacz ADC1

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

// Resetuj rejestry kalibracyjne

ADC_ResetCalibration(ADC1);

// Czekaj, az skonczy resetowac

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

// Start kalibracji ADC1

ADC_StartCalibration(ADC1);

// Czekaj na zakonczenie kalibracji ADC1

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

// Start przetwarzania

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

// Inicjalizuj LCD

STM3210B_LCD_Init();

// Wyczysc LCD, tlo niebieskie

LCD_Clear(Blue);

while(1)

{

Delay(1); // Odswierzanie co 10ms

if(index==320) index=0; // wyswietlacz posiada 320 kolumn

// Czyszczenie LCD ze starych danych

LCD_SetCursor(wyniki[index], 320 - index);

LCD_WriteRAMWord(Blue);

// Odczytanie wartosci a ADC i obliczenia:

// 12 bitow = 4096 poziomow

// 240 wierszy LCD, zatem 4096/240 = 17

wyniki[index] = ADC_GetConversionValue(ADC1) / 17;

LCD_SetCursor(wyniki[index], 320 - index); // rysowanie punktow

LCD_WriteRAMWord(Red);

index++;

}

Rys. 3. Uproszczony schemat pracy A/D

w trybie pomiaru pojedynczego kanału

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2009

117

PODZESPOŁY

nywane do lewej, czy do prawej strony. Tutaj

używamy standardowego wyrównywania do

prawej, zatem znaczących jest 12 młodszych

bitów rejestru DR. Ostatnią informacją konﬁ-

guracyjną jest deklaracja liczby wykorzystywa-

nych kanałów przetwornika. Jako powiedzia-

no wcześniej, w naszym przypadku pomiar

będzie wykonywany z użyciem pojedynczego

kanału.

Analogicznie jak dla innych układów pery-

feryjnych, nazwa funkcji inicjujące jest zbieżna

z nazwą układu peryferyjnego i nastawy prze-

twornika analogowo-cyfrowego wprowadzane

są pomocą funkcji ADC_Init() .

Po konﬁguracji przetwornika, należy doko-

nać wyboru, czy ADC ma pracować w grupie

injected , czy regular . Służy do tego funkcja

ADC_RegularChannelConﬁg() . W naszym przy-

kładzie przetwarzany jest jeden kanał w grupie

regularnej. Ponadto poprzez tę samą funkcję

jest ustalany czas, jaki będzie przeznaczony na

próbkowanie sygnału.

Po wykonaniu wszystkich niezbędnych

wstępnych czynności konﬁguracyjnych, włą-

czamy przetwornik ADC1 wywołując funkcję

ADC_Cmd() . Aby uzyskać możliwie dokładny

wynik przetwarzania, musimy jeszcze dokonać

kalibracji ADC. W związku z tym, najpierw

zerujemy ustawienia kalibracyjne, czekamy na

wykonanie tego polecenia, a następnie każemy

przetwornikowi skalibrować się i również cze-

kamy na zakończenie operacji. Teraz można już

rozpocząć (programowo) właściwe przetwa-

rzanie, za co odpowiada funkcja ADC_Softwa-

reStartConvCmd() . Od tego momentu rejestr

danych DR jest aktualizowany cyklicznie, po

zakończeniu każdej konwersji. Po odczytaniu

jego wartości możemy już ją według potrzeb

dalej przetwarzać. W tym przykładzie, po prze-

liczeniach jest ona wyświetlana na LCD w po-

staci wykresu. W efekcie otrzymujemy bardzo

prosty rejestrator przebiegów analogowych,

w którym długość rekordu wynosi 320 próbek,

a napięcie jest próbkowane co 10 ms.

mowanie czasu, który będzie przeznaczony na

próbkowanie sygnału. Ma to szczególne znacze-

nie przy dopasowywaniu pracy ADC do środo-

wiska, w którym wykonywane są pomiary. Ste-

rując czasem próbkowania można optymalnie

dobierać nastawy w zależności od impedancji,

jaka jest podłączona do wejścia pomiarowego

przetwornika. Pozwala to na zminimalizowanie

błędów wynikających z niedopasowania ADC.

Maksymalna częstotliwość, z jaką może pra-

cować wbudowany w mikrokontrolery prze-

twornik analogowo-cyfrowy, wynosi 1 MHz

(czas konwersji 1 m s). Aby osiągnąć taki wynik,

należy ustawić częstotliwość taktowania szyny,

do której jest podłączony ADC, na 14, 28 lub

56 MHz. Sam przetwornik może być taktowany

z maksymalną częstotliwością równą 14 MHz.

W związku z tym, że sygnały zegarowe moż-

na dzielić tylko przez wartości będące potęgą

liczby dwa, maksymalna częstotliwość sygnału

zegarowego rdzenia, dla którego jest możliwe

osiągnięcie czasu konwersji równego 1 m s, to

56 MHz. W takim przypadku dzielnik częstotli-

wości ADC będzie wynosił cztery, co da w efek-

cie 14 MHz.

Generalnie czas konwersji jest wyznaczany

z zależności:

T = programowany czas próbkowania

+12,5 cyklu zegarowego

Minimalny programowany czas próbkowa-

nia jest równy 1,5 cyklu zegarowego. Podsu-

mowując, minimalny czas konwersji wynosi

1,5+12,5=14 cykli, a skoro częstotliwość

taktowania wynosi 14 MHz, to całkowity czas

przetwarzania A/C wynosi 1 m s.

Żeby przetwornik pracował z takim czasem

konwersji, należy w funkcji konﬁguracji sygna-

łów zegarowych i resetu RCC_Conf(), zmodyﬁ-

kować linijkę odpowiadającą za mnożnik sygna-

łu PLL. Musi to być wykonane w taki sposób,

aby z podłączonego do mikrokontrolera rezo-

natora 8 MHz uzyskać częstotliwość 56 MHz.

Mnożnik „razy 7” można ustawić podając go

jako parametr wywołania funkcji:

RCC_PLLConﬁg(RCC_PLLSource_HSE_

Div1, RCC_PLLMul_7);

Następnym krokiem prowadzącym do uzy-

skania wymaganej w naszym przypadku czę-

stotliwości taktowania ADC równej 14 MHz,

jest podzielenie częstotliwości taktującej we-

wnętrzną szynę danych, do której podłączony

jest ADC (magistrala APB2), przez 4. Aby tego

dokonać, należy w funkcji RCC_Conf() umieścić

linię kodu:

RCC_ADCCLKConﬁg(RCC_PCLK2_Div4);

Zapewni to częstotliwość taktowania ADC1

równą 14 MHz, a w konsekwencji czas prze-

twarzania równy 1 m s.

Programowany czas próbkowania

Wróćmy jeszcze raz do zagadnienia czasu

próbkowania. Przetwornik A/C, w jaki wyposa-

żony jest nasz mikrokontroler umożliwia (nieza-

leżnie dla każdego kanału, patrz rys. 2) progra-

List. 2. Program demonstrujący wyniki pomiaru napięcia na PC4 i pomiaru temperatury

#deﬁne ADC1_DR_Address ((u32)0x4001244C)

int index = 0;

int wyniki_RV1[320] = {0};

u16 temperatura;

char wynik_temperatura[8] = {0};

u16 ADCVal[2];

int main(void)

{

ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;

RCC_Conf(); NVIC_Conf(); GPIO_Conf(); SysTick_Conf(); DMA_Conf();

ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

// Pomiar wielu kanalow, wlacz opcje skanowania

ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = ENABLE;

ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

// Dwa kanaly

ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 2;

ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);

ADC_RegularChannelConﬁg(ADC1, ADC_Channel_14, 1, ADC_SampleTime_

71Cycles5);

ADC_RegularChannelConﬁg(ADC1, ADC_Channel_16, 2, ADC_SampleTime_

239Cycles5);

// Wlaczenie czujnika temperatury

ADC_TempSensorVreﬁntCmd(ENABLE);

// Wlaczenie DMA

ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

ADC_Cal(); // Kalibracja ADC1

// Inicjalizuj LCD

STM3210B_LCD_Init();

// Wyczysc LCD, tlo niebieskie

LCD_Clear(Blue);

while(1)

{

Delay(1); // Odswierzanie co 10ms

if(index==320) index=0; // wyswietlacz posiada 320 kolumn

LCD_SetCursor(wyniki_RV1[index], 320 - index);

wyniki_RV1[index] = ADCVal[0] / 17;

temperatura = (1430 - ADCVal[1]*0.805) / 4.3 + 25;

LCD_SetCursor(wyniki_RV1[index], 320 - index);

Wiele kanałów w trybie ciągłym

Często aplikacja wymaga pomiaru kilku

napięć. Wówczas wykorzystuje się kilka wejść

pomiarowych przetwornika analogowo-cyfro-

wego. W przypadku mikrokontrolerów STM32

nie ma potrzeby wykonywania oddzielnych

LCD_WriteRAMWord(Red);

sprintf(wynik_temperatura, „T=%d stC”, temperatura);

// Odswierzanie temperatury co okolo 320ms

if(!(index % 32))

LCD_DisplayStringLine(1,(u8*)wynik_temperatura);

index++;

}

118

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2009

LCD_WriteRAMWord(Blue);

// Pomiar temperatury i obliczenia

Wykorzystanie ADC i DMA

przełączając go z trybu czuwania do normal-

nej pracy. Należy to zrobić wywołując funkcję

ADC_TempSensorVreﬁntCmd() . Dalej, po uru-

chomieniu przetwornika i zakończeniu kon-

wersji, musimy przeliczyć wartość, która jest

zawarta w rejestrze danych ADC, na wartość

wyrażoną w stopniach Celsjusza. Równanie

pozwalające obliczyć aktualną wartość tempera-

tury jest następujące:

tach. Jeśli by wszystkie napięcia wyrazić w wol-

tach, to trzeba by było mnożyć i dzielić przez

bardzo małe liczby, co nie jest ani przejrzyste,

ani efektywne. W tym równaniu można wszyst-

kie napięci a wy razić w miliwoltach, ponieważ

i tak one się skracają. Wróćmy do meritum.

Podstawiając otrzymane napięcia do równania

otrzymujemy:

( )

1430

�

1436

�

( )

SE�SE

Avg

Slope

Rys. 4. Uproszczony schemat pracy A/D

w trybie skanowania kanałów pomiarowych

Poszczegó lne j ego składniki to:

V 25 – napięcie w temperaturze 25°C, może się

zawierać w granicach 1,34 do 1,52 V, typowo

wynosi 1,43 V;

V SENSE – zmierzona wartość napięcia czujnika

temperatury;

Avg_Slope – stała wartość , może przyjmować

wartości z przedziału 4 do 4,6 , typowo wy-

nosi 4,3 .

W przed stawio nym przykład zie zost ały

przyjęte wart ośc i typowe, cz yli odpowiednio

V 25 =1,43 V, Avg_Slope= 4,3 . Ab y l epiej

zrozumieć, w jak i sp osób jest obliczana tem-

peratura przel ic zymy jeden przykład. Załóżmy,

że wartoś ć z miennej ADC Val[1 ], a tym samym

wynik pom iaru, wynosi 1785. Potrzebu jem y tą

wartość wyrażoną w wol tach, a zatem skoro

napięcie odn iesienia wynosi 3, 3 V, to roz dzie l-

czość przetwarzania:

Ostateczny wynik:

T = 23°C

Taka wartość zostanie wyświetlona na LCD.

Należy pamiętać, że pomiary temperatury są

obarczone błędem ±1,5°C.

Wynik ten można osiągnąć po przeprowa-

dzeniu kalibracji. Jeśli kalibracja nie zostanie

wykonana, to błąd pomiaru może być większy.

Kalibracja polega na odczycie wyniku pomia-

ru temperatury przy 25°C. Na jego podstawie

można wprowadzić stosowne poprawki do

równania podanego przez producenta.

pomiarów dla każdego z kanałów. Proces ten

jest zautomatyzowany. Do tego celu służy tryb

przemiatania (skanowania) wejść. Wybiera-

jąc ten tryb ustalamy, które kanały mają być

przetwarzane, w jakiej kolejności i jaki ma być

czas ich próbkowania.

Aby pokazać jak działa ten tryb, uruchomi-

my program, który będzie pokazywał na wy-

świetlaczu LCD graﬁcznywynikpomiarunapię-

cia na potencjometrze RV1 oraz temperaturę

mikrokontrolera w formie liczbowej. Dodatko-

wo, nieco na wyrost, czasy próbkowania dla

pomiaru napięcia i temperatury będą różne,

a przetwornik będzie pracował w trybie cią-

głym. Na rys. 4 jest pokazano w sposób po-

glądowy zasada tego pomiaru, natomiast sto-

sowny program został umieszczony na list. 2 .

Powtarzający się w stosunku do programu

z list.1 kod źródłowy, został umieszczony

w funkcjach, aby niepotrzebnie nie zaciem-

niać istotnych funkcji. Można zauważyć, że

w odróżnieniu od poprzedniego przykładu,

tutaj włączamy opcję skanowania (przemiata-

nia) kanałów, informujemy, że przetwarzane

będą dwa (a nie jak poprzednio jeden) kanały.

To są wszystkie zmiany, jakich należy dokonać

podczas wypełniania struktury inicjującej prze-

twornik. Następnie ustalamy grupy kanałów,

ich kolejność przetwarzania i czasy próbko-

wania.

Dane z przetwornika są przesyłane za po-

mocą kanału 1 DMA bezpośrednio do pamięci

o rozmiarze dwóch 16–bitowych komórek.

Ten fragment pamięci to nic innego jak tablica,

której zadaniem jest przechowywanie wyni-

ków pomiarów. Są one następnie przeliczane

i wyświetlane na LCD.

Dodatkowego komentarza może wymagać

odczyt napięcia z czujnika temperatury. Czuj-

nik ten jest widziany z perspektywy mikro-

kontrolera jako kanał 16 (ADC12_IN16), zatem

taki wybieramy do konwersji. Producent zale-

ca, aby czas próbkowania wynosił minimum

17 m s, więc ustalamy czas próbkowania na

239,5 cyklu, co przekłada się na czas 17,1 m s.

Następnie trzeba włączyć czujnik temperatury,

4,6 C

DMA

W poprzednim przykładzie został wykorzy-

stany kontroler DMA, zatem warto nieco bliżej

zapoznać się z jego budową i zasadą działa-

nia.

Wiele zadań we współczesnych systemach

cyfrowych polega na przesyłaniu danych z jed-

nego miejsca w pamięci do drugiego. Stąd zro-

dziło się pytanie: po co angażować do tego celu

CPU? Jeżeli dane są tylko kopiowane lub prze-

noszone z miejsca na miejsce, to nie ma potrze-

by wykorzystywania mocy obliczeniowej i reje-

strów CPU. Zrodziła się wówczas idea budowy

U r

�

805

�

805

4095

Stąd warto ść z przetwornika wyrażona w m V

będzie wynosić:

( )

U T

1785 �

�

805

1436

Wyjaśnienia może wym agać jeszcze, dlaczego

napięcia wyraża my w miliwoltach, a nie wol-

List. 3. Funkcje konﬁgurująceDMA

void DMA_Conf(void)

{

// Ustawienia domyslne DMA

DMA_DeInit(DMA1_Channel1);

// Adres rejestru danych ADC (Data Register)

DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;

// Adres pamieci, pod jaki beda zapisywane dane

DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADCVal;

// Kierunek: zrodlem jest ADC

DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;

// Rozmiar burora: dwa kanaly = rozmiar bufora 2

DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = 2;

// Wylaczenie licznika inkrementujacego adres dla peryferia

// i wlaczenie go dla pamieci

DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;

DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;

// Dane 12 - bitowe, zatem wystarczy pol slowa

DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_

HalfWord;

DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;

DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;

DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_High;

// Wylaczenie przesylania z pamieci do pamieci

DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStruct);

// Wlacz DMA

DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);

}

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2009

119

// Dane beda przesylane ciagle

// Priorytet wysoki

DMA_InitStruct.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;

PODZESPOŁY

danych, przy czym maksymalny rozmiar takiego

bloku może wynosić 65535.

przesyłu danych z przetwornika ADC do pamięci

(czyli w efekcie do zmiennej). Funkcję konﬁguru-

jącą DMA przedstawiono na list. 3 . Ponadto, aby

kontroler DMA pracował poprawnie, w pierwszej

kolejności należy włączyć jego sygnał zegarowy,

umieszczając w funkcji RCC_Conf() linijkę:

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_

DMA1, ENABLE);

System priorytetów obsługi

kanałów DMA.

Kontroler DMA, wbudowany w mikrokontro-

lery STM32 rozróżnia cztery programowo usta-

lane priorytety:

• najwyższy ( very high priority ),

• wysoki ( high priority ),

• średni ( medium priority ),

• niski ( low priority ).

Każdemu z dostępnych kanałów można

przyporządkować któryś z wyżej wymienionych

priorytetów. Powstaje jednak pytanie, co się

dzieje w chwili, gdy pojawiają się dwa żądania

dostępu do kontrolera DMA z dwóch kanałów

o takim samym programowym priorytecie?

W takim przypadku pierwszeństwo ma kanał

o mniejszym numerze, wyjaśnia to rys. 5 . Przy-

kładowo priorytet wysoki mają kanały 1 i 5, ale

gdy obydwa zażądają dostępu do DMA w tym

samym czasie, to w pierwszej kolejności zostanie

obsłużony kanał 1.

Wykorzystany w poprzedniej aplikacji (na

list. 2) kontroler DMA został skonﬁgurowany do

Rys. 5. Priorytety obsługi kanałów DMA

Podsumowanie

Przedstawione w artykule przykłady ukazują

tylko niewielką część możliwości, jakie oferują

konstruktorom przetworniki A/C wbudowane

w mikrokontrolery STM32. Ogromna różnorod-

ność trybów pracy oraz elastyczność konﬁguracji

sprawiają, że te peryferia mogą być wykorzysty-

wane w aplikacjach, w których do niedawna

niezbędne było używanie zewnętrznych prze-

tworników. Gdy do współpracy z ADC zostanie

wykorzystany kontroler DMA, to w konsekwencji

programista otrzymuje system zdolny przetwa-

rzać spore ilości informacji, pozostawiając jeszcze

dużo wolnych zasobów CPU. Wolną moc oblicze-

niową mikrokontrolera można w takim przypad-

ku wykorzystać do realizacji innych zadań.

Krzysztof Paprocki

układu służącego do transmisji bloków danych

w pamięci. Układy z tej grupy noszą nazwę

kontrolerów DMA ( Direct Memory Access ). Zaj-

mują się całą pracą związaną z kopiowaniem

i przenoszeniem dużych bloków danych, zwal-

niając tym samym z tego obowiązku CPU.

Mikrokontroler STM32F103VB jest wyposa-

żony w 7-kanałowy kontroler DMA o ustawia-

nej na 8, 16 lub 32 bity długości słowa danych.

Każdemu z kanałów można przypisać określo-

ny priorytet. Możliwa jest transmisja pomiędzy

dwoma układami peryferyjnymi, z układu pe-

ryferyjnego do pamięci, z pamięci do układu

peryferyjnego oraz z pamięci do pamięci. Dane

można pojedynczo lub w postaci całych bloków

120

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2009

Mikrokontrolery STM32 - Wykorzystanie ADC i DMA.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: