STM32F407单片机编程入门(十六) DMA详解及ADC-DMA方式采集含源码

一.概要

基本概念：
DMA是Direct Memory Access的首字母缩写,是一种完全由硬件执行数据交换的工作方式。DMA控制器从CPU接管对总线的控制，不经过CPU直接在内存和外设之间进行批量数据交换。DMA控制器向内存发出地址和控制信号，修改地址，对传送的字的个数计数，并且以中断方式向CPU报告传送操作的结束。 DMA方式一般用于高速传送成组数据。

DMA传输的三大要素：
传输源：DMA控制器从传输源读出数据；
传输目标：DMA控制器将数据传输的目标；
触发信号：用于触发一次数据传输的动作，执行一个单位的传输源至传输目标的数据传输；可以用来控制传输的时机。

DMA的主要优点：
由于CPU根本不参加传送操作，因此就省去了CPU取指令、取数、送数等操作。在数据传送过程中，没有保存现场、恢复现场之类的工作。内存地址修改、传送字个数的计数等等，也不是由软件实现，而是用硬件线路直接实现的。所以DMA方式能满足高速I/O设备的要求，也有利于CPU效率的发挥。

二.STM32F407VET6单片机DMA外设特点

● 双 AHB 主总线架构，一个用于存储器访问，另一个用于外设访问
● 仅支持 32 位访问的 AHB 从编程接口
● 每个 DMA 控制器有 8 个数据流，每个数据流有多达 8 个通道（或称请求）
● 每个数据流有单独的四级 32 位先进先出存储器缓冲区 (FIFO)，可用于 FIFO 模式或直
接模式：
— FIFO 模式：可通过软件将阈值级别选取为 FIFO 大小的 1/4、1/2 或 3/4
— 直接模式
每个 DMA 请求会立即启动对存储器的传输。当在直接模式（禁止 FIFO）下将 DMA 请求配置为以存储器到外设模式传输数据时，DMA 仅会将一个数据从存储器预加载到内部 FIFO，从而确保一旦外设触发 DMA 请求时则立即传输数据。
● 通过硬件可以将每个数据流配置为：
— 支持外设到存储器、存储器到外设和存储器到存储器传输的常规通道
— 也支持在存储器方双缓冲的双缓冲区通道
● 8 个数据流中的每一个都连接到专用硬件 DMA 通道（请求）
● DMA 数据流请求之间的优先级可用软件编程（4 个级别：非常高、高、中、低），在软
件优先级相同的情况下可以通过硬件决定优先级（例如，请求 0 的优先级高于请求 1）
● 每个数据流也支持通过软件触发存储器到存储器的传输（仅限 DMA2 控制器）
● 可供每个数据流选择的通道请求多达 8 个。此选择可由软件配置，允许几个外设启动 DMA请求
● 要传输的数据项的数目可以由 DMA 控制器或外设管理：
— DMA 流控制器：要传输的数据项的数目是 1 到 65535，可用软件编程
— 外设流控制器：要传输的数据项的数目未知并由源或目标外设控制，这些外设通过
硬件发出传输结束的信号
● 独立的源和目标传输宽度（字节、半字、字）：源和目标的数据宽度不相等时，DMA 自动封装/解封必要的传输数据来优化带宽。
● 每个数据流都支持循环缓冲区管理。
● 5 个事件标志（DMA 半传输、DMA 传输完成、DMA 传输错误、DMA FIFO 错误、直接
模式错误），进行逻辑或运算，从而产生每个数据流的单个中断请求。

三.STM32F407单片机DMA内部结构图

DMA控制器由4部分组成：

AHB 从接口配置DMA
AHB主接口进行数据传输
仲裁器进行DMA请求的优先级管理
数据处理和计数

四.DMA各通道请求

多个外设请求被映射到同一个DMA通道。这些请求信号在经过逻辑或后进入DMA。通过配置对应外设的寄存器，每个外设的请求均可以独立的开启或关闭。用户必须确保同一时间，在同一个通道上仅有一个外设的请求被开启。

以ADC1为例，可以映射到DMA2的Channel0

DMA的传输模式：

循环模式：用于处理一个环形的缓冲区，每轮传输结束时数据传输的配置会自动地更新为初始状态，DMA传输会连续不断地进行。 一般采用循环模式。
普通模式：在DMA传输结束时，DMA通道被自动关闭，进一步的DMA请求将不被满足。

外设到存储器传输数据流：

五.STM32F407VET6单片机ADC-DMA采集例程

STM32F407VET6开发板的PA4 引脚上的进行 ADC 电压采集，杜邦线连接 PA4 引脚与 VDD(3.3V)，应该能读到单片机供电的电压值。

打开STM32CubeMX软件,新建工程

Part Number处输入STM32F407VE，再双击就创建新的工程

配置下载口引脚

配置外部晶振引脚

PA4，PA5引脚配置成ADC

DMA配置

中断使能

配置系统主频168Mhz,使用外部晶振

配置工程文件名，保存路径，KEIL5工程输出方式

生成工程

用Keil5打开工程

主要代码：

int ADCData;
uint16_t VolDta1,VolDta2;
__IO   uint16_t   aADCxConvertedData[2]; //存放2组数据，分别是ADC1_CH4,ADC1_CH5
__IO   uint8_t ubDmaTransferStatus = 2;//定义变量，在ADC采样结束，DMA传送完成置位，方便主程序取数据
//ADC数据采样结束回调函数，用于置位采样结束标志位
 void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
   ubDmaTransferStatus=1;//置1
}
/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_ADC1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

if (HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t *)aADCxConvertedData,2) != HAL_OK)//启动ADC DMA传输
  {
    /* ADC conversion start error */
		Error_Handler();
  } 
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

	if (ubDmaTransferStatus == 1)//判断数据是否已经转换完成
    {
	  VolDta1=aADCxConvertedData[0]*3300/4095;//计算通道ADC1_Ch4采样到的电压值
	  VolDta2=aADCxConvertedData[1]*3300/4095;//计算通道ADC1_Ch5采样到的电压值			
      ubDmaTransferStatus = 0;//完成标志清0
    }
		
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

实验结果：
PA4引脚的电压值VolDta1为3296mV，PA5引脚的电压值VolDta2为3297mV。

六.工程源代码下载

通过网盘分享的文件：18.ADC_DMA实验.zip
链接: https://pan.baidu.com/s/1dxaaRYC9Bk7E5NJ2vWLhtg 提取码: hfn5
如果链接失效，可以联系博主给最新链接
程序下载下来之后解压就行

七.小结

使用DMA进行数据收发能够提高数据传输的效率和可靠性。其次，使用DMA进行串口数据收发可以减轻CPU的负担。