STM32 ADC + DMA 多通道采集实战

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STM32ADCDMA嵌入式

详解 STM32F4 系列 ADC 多通道轮询采集方案，配合 DMA 实现零 CPU 开销的数据搬运，附完整 HAL 配置与波形验证。

背景与需求

在精密测控场景中，经常需要同时采集多路模拟信号。如果使用轮询方式读取 ADC，不仅占用大量 CPU 时间，还容易因为中断响应延迟导致采样点不均匀。

本文介绍一种基于 DMA 循环模式 的多通道 ADC 采集方案，实现：

16 通道自动轮询采样
DMA 双缓冲或循环缓冲区设计
采样率精确到 10 kSps / 通道
CPU 零干预，仅在中断回调中处理数据

硬件连接

| 信号 | 引脚 | 说明 | |------|------|------| | ADC1_IN0 | PA0 | 电压采样 | | ADC1_IN1 | PA1 | 电流采样 | | ADC1_IN2 | PA2 | 温度采样 | | ADC1_IN3 | PA3 | 备用通道 |

HAL 配置代码

ADC_HandleTypeDef hadc1;
DMA_HandleTypeDef hdma_adc1;

#define ADC_BUFFER_SIZE 64
uint16_t adc_buffer[ADC_BUFFER_SIZE];

void MX_ADC1_Init(void)
{
    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.ScanConvMode = ENABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 4;
    HAL_ADC_Init(&hadc1);

    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_15CYCLES;

    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    sConfig.Rank = 1;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);

    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
    sConfig.Rank = 2;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);

    // ... 其余通道同理
}

void MX_DMA_Init(void)
{
    __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
    hdma_adc1.Instance = DMA2_Stream0;
    hdma_adc1.Init.Channel = DMA_CHANNEL_0;
    hdma_adc1.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    hdma_adc1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
    hdma_adc1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    hdma_adc1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    hdma_adc1.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
    hdma_adc1.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
    HAL_DMA_Init(&hdma_adc1);
    __HAL_LINKDMA(&hadc1, DMA_Handle, hdma_adc1);
}

DMA 中断回调

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    if (hadc->Instance == ADC1) {
        // 处理后半缓冲区数据
        process_adc_data(&adc_buffer[ADC_BUFFER_SIZE / 2], ADC_BUFFER_SIZE / 2);
    }
}

void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    if (hadc->Instance == ADC1) {
        // 处理前半缓冲区数据
        process_adc_data(adc_buffer, ADC_BUFFER_SIZE / 2);
    }
}

采样率计算

ADC 时钟 = 84 MHz / 4 = 21 MHz

单通道转换时间 = (12 bit + 15 cycles) / 21 MHz ≈ 1.29 µs

四通道总周期 ≈ 5.16 µs → 理论采样率 ≈ 193 kSps

实际考虑 DMA 搬运与中断开销，稳定在 10 kSps / 通道 绰绰有余。

实测波形

使用示波器观察 DMA 搬运完成中断脉冲，间隔均匀，无抖动。

ADC DMA 时序

小结

DMA 循环模式是多通道 ADC 采集的最优解。只要注意缓冲区对齐与半传输中断的同步，就能实现真正的零拷贝数据采集。