12.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)是通過ADC規(guī)則組多通道循環(huán)采樣方式實(shí)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(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)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(jī)、電玩、遙控車、云臺(tái)等設(shè)備上應(yīng)用廣泛，很多帶有屏幕的設(shè)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(gè)電位器和一個(gè)按鍵開關(guān)組成，兩個(gè)電位器隨著搖桿扭轉(zhuǎn)角度分別輸出X、Y軸上對(duì)應(yīng)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(jī)械結(jié)構(gòu)的作用下，無外力扭動(dòng)的搖桿初始狀態(tài)下，兩個(gè)電位器都處在量程的中間位置。

12.2.2 DMA原理

本實(shí)驗(yàn)中ADC通道有兩個(gè)，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(shí)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(shí)現(xiàn)多通道轉(zhuǎn)換時(shí)，必須要用到DMA。下面我們介紹下DMA原理。

DMA（直接存儲(chǔ)器訪問控制器）是一個(gè)非常好用的外設(shè)，它提供了一種硬件的方式在外設(shè)和存儲(chǔ)器之間或者存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)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(gè)DMA，其中DMA0有7個(gè)通道，DMA1有5個(gè)通道。DMA的特性如下：

? 傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可編程配置，最大到 65536；

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

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

? 每個(gè)通道連接固定的硬件 DMA 請(qǐng)求；

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

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

? 存儲(chǔ)器和外設(shè)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(shè)到存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器到外設(shè)，存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳輸；

? 每個(gè)通道有 3 種類型的事件標(biāo)志和獨(dú)立的中斷；

? 支持中斷的使能和清除。

DMA實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，只要配置好以下幾要素即可。

1. 源地址和目標(biāo)地址：DMA進(jìn)行數(shù)據(jù)搬運(yùn)過程為從源地址讀取到數(shù)據(jù)，再搬運(yùn)到目標(biāo)地址。本實(shí)驗(yàn)中，需要把ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果搬運(yùn)到自定義的buffer中，所以源地址就要設(shè)置為ADCx_RDATA寄存器地址，目標(biāo)地址為buffer地址。
2. 源和目標(biāo)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(jìn)行一次DMA搬運(yùn)后，下次搬運(yùn)的源地址或目標(biāo)地址保持不變；增量模式指進(jìn)行一次DMA搬運(yùn)后，下次搬運(yùn)的源地址或目標(biāo)地址會(huì)加1。本實(shí)驗(yàn)中，源地址始終都應(yīng)該為ADCx_RDATA地址，所以源地址增量方式需要設(shè)置為固定模式，而目標(biāo)地址為自定義buffer，我們需要用buffer[0]存儲(chǔ)x軸數(shù)據(jù)，buffer[1]存儲(chǔ)y軸數(shù)據(jù)，所以目標(biāo)地址增量方式需要設(shè)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(shè)地址->存儲(chǔ)器地址、存儲(chǔ)器地址->外設(shè)地址以及存儲(chǔ)器->存儲(chǔ)器。本實(shí)驗(yàn)中源地址是外設(shè)地址，目標(biāo)地址為自定義buffer地址即存儲(chǔ)器地址，故傳輸方向需設(shè)置為外設(shè)地址->存儲(chǔ)器地址。
4. 源和目標(biāo)數(shù)據(jù)位寬：源和目標(biāo)數(shù)據(jù)位寬表示每次搬運(yùn)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，可以設(shè)置為8bit、16bit和32bit。本實(shí)驗(yàn)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(biāo)位寬選擇16bit即可。
5. DMA傳輸個(gè)數(shù)和循環(huán)模式：傳輸個(gè)數(shù)表示一輪DMA傳輸可以搬運(yùn)的次數(shù)。循環(huán)模式表示當(dāng)一輪DMA傳輸結(jié)束后，是否直接進(jìn)行下一輪搬運(yùn)，當(dāng)開啟循環(huán)模式后，當(dāng)上一輪DMA傳輸結(jié)束后，源地址和目標(biāo)地址會(huì)恢復(fù)到最開始的狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)中，需要轉(zhuǎn)換2個(gè)通道ADC，故DMA傳輸個(gè)數(shù)設(shè)置為2，循環(huán)模式開啟。
6. DMA通道優(yōu)先級(jí)：DMA的每個(gè)通道都有一個(gè)軟件優(yōu)先級(jí)，當(dāng)DMA控制器在同一時(shí)間接收到多個(gè)外設(shè)請(qǐng)求時(shí)，仲裁器將根據(jù)外設(shè)請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)來決定響應(yīng)哪一個(gè)外設(shè)請(qǐng)求。優(yōu)先級(jí)包括軟件優(yōu)先級(jí)和硬件優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)規(guī)則如下：

軟件優(yōu)先級(jí)：分為4級(jí)，低，中，高和極高?？梢酝ㄟ^寄存器DMA_CHxCTL的PRIO位域來配置。
硬件優(yōu)先級(jí)：當(dāng)通道具有相同的軟件優(yōu)先級(jí)時(shí)，編號(hào)低的通道優(yōu)先級(jí)高。例：通道0和通道2配置為相同的軟件優(yōu)先級(jí)時(shí)，通道0的優(yōu)先級(jí)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(qǐng)求映射表：

DMA0各通道請(qǐng)求表：

DMA1各通道請(qǐng)求表：

本實(shí)驗(yàn)中是ADC配合DMA來使用，如果使用DMA去搬運(yùn)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(yùn)ADC2的數(shù)據(jù)，則要用到DMA1的通道4。如現(xiàn)在設(shè)置DMA1的通道4去搬運(yùn)ADC2的數(shù)據(jù)，當(dāng)ADC2每轉(zhuǎn)換一個(gè)通道，ADC2_RDATA會(huì)更新一次數(shù)據(jù)，此時(shí)ADC2會(huì)自動(dòng)向DMA1的通道4發(fā)出一次搬運(yùn)請(qǐng)求，DMA收到請(qǐng)求后會(huì)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)搬運(yùn)。DMA的請(qǐng)求和應(yīng)答方式見下圖：

12.3 硬件設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)ADC2_CH5，PF8對(duì)應(yīng)ADC2_CH6。

12.4 代碼解析

本實(shí)驗(yàn)用到兩個(gè)ADC2通道，使用ADC2規(guī)則組搭配DMA1通道4進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和搬運(yùn)，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(huì)持續(xù)對(duì)搖桿x、y軸電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)搬運(yùn)。

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(shí)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(shí)鐘開啟*/
rcu_periph_clock_enable(ADC->dma_parameter.rcu_dma);
/*DMA通道參數(shù)復(fù)位*/
dma_deinit(ADC->dma_parameter.dma_periph, ADC->dma_parameter.dma_channel);
/*DMA源地址、目標(biāo)地址、增量方式、傳輸位寬、傳輸方向、傳輸個(gè)數(shù)、優(yōu)先級(jí)設(shè)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(shè)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(shí)鐘
uint32_t dma_periph;//DMA號(hào)
dma_channel_enum dma_channel;//DMA通道號(hào)
uint32_t dma_number;//DMA傳輸個(gè)數(shù)
uint32_t dma_priority;//DMA通道優(yōu)先級(jí)
EventStatus dma_circulation_mode;//循環(huán)模式
}typdef_adc_dma_parameter;

這段代碼比較簡(jiǎn)單，請(qǐng)讀者按照前面介紹的DMA原理進(jìn)行解析。

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

在bsp_adc.c中，對(duì)搖桿ADC設(shè)置所需要的參數(shù)及IO擴(kuò)結(jié)構(gòu)體數(shù)組進(jìn)行了定義：

C
typdef_adc_ch_general ?Rocker_ADC= {
.rcu_adc = RCU_ADC2,//ADC2的時(shí)鐘
.adc_psc = RCU_CKADC_CKAPB2_DIV6,//ADC2設(shè)置為APB2 6分頻
.adc_port = ADC2,//ADC口為ADC2
.adc_mode = ADC_MODE_FREE,//ADC模式為獨(dú)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(zhǎng)度為2
.dma_parameter =
{
.rcu_dma = RCU_DMA1,//DMA1的時(shí)鐘
.dma_periph = DMA1,//使用DMA1
.dma_channel = DMA_CH4,//使用通道4
.dma_number = 2,//DMA傳輸長(zhǎng)度為2
.dma_priority = DMA_PRIORITY_HIGH,//DMA通道優(yōu)先級(jí)
.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(shí)鐘
.port = GPIOF,//GPIO port
.pin = GPIO_PIN_7,//PF7
.gpio_speed = GPIO_OSPEED_10MHZ,//PF7速度設(shè)置為10MHz
.adc_channel = ADC_CHANNEL_5,//PF7是ADC2的通道5
.sample_time = ADC_SAMPLETIME_55POINT5//設(shè)置采樣周期為55.5
}
,
{
.rcu_port = RCU_GPIOF,//GPIOF時(shí)鐘
.port = GPIOF,//GPIO port
.pin = GPIO_PIN_8,//PF8
.gpio_speed = GPIO_OSPEED_10MHZ,//PF8速度設(shè)置為10MHz
.adc_channel = ADC_CHANNEL_6,//PF8是ADC2的通道6
.sample_time = ADC_SAMPLETIME_55POINT5//設(shè)置采樣周期為55.5
}
};//ADC通道參數(shù)配置，包括IO口，和對(duì)應(yīng)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(shí)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(shí)現(xiàn)

C
int main(void)
{
delay_init();//延時(shí)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(shí)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(jìn)行了延時(shí)函數(shù)初始化，為了演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這里初始化了BOARD_UART串口，關(guān)于串口的使用，請(qǐng)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(shí)驗(yàn)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(dòng)搖桿可以看到x、y軸ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的變化。

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