STC32单片机ADC使用DMA传输数据下的采集频率

卓晴

888人浏览 · 2025-12-21 13:09:43

卓晴 · 2025-12-21 13:09:43 发布

简介：摘要：
本文分析了STC32F单片机使用DMA采集ADC数据时的时钟配置与转换速率计算方法。ADC转换过程包含12个时钟周期，通过ADCTIM寄存器设置分频系数和转换参数，最终转换速率不得超过800kHz。当结合DMA传输时，总时间包括ADC转换时间（16个系统周期）和DMA传输时间。实验基于56MHz系统时钟，理论采样频率为875kHz，实测150kHz信号通过FFT分析验证了采样频率的准确性（873.658kHz）。代码示例展示了ADC-DMA配置与数据处理流程，包括均值去除、补零FFT等操作。

关键词： STC32，ADC

STC32F12使用DMA采集ADC数据所需要的时钟

01 STC32单片机ADC采集频率

一、ADC时钟

STC32F 单片机的 ADC转换过程，包括有 12个转换时钟，前面三部分，分别是设置时间，准备时间，保持时间。都是在ADCTIM 寄存器中设置。分别在对应的 bit 位对应的数值基础上加1. 最后，可以通过这些设置获得 ADC的转换速率。分母上包括有两部分，前面是ADC时钟分频系数对应的倍数，后面是 ADC 转换过程所需要的时钟对应的参数。最终，使用系统时钟除以上述两个部分的乘积，便可以得到ADC的实际转换速率。根据 STC32F 单片机内部工艺，最高的 12位 ADC 转换速率不能够超过 800kHz。

GG00010289464_1920_1080.MP4|_-10

二、DMA传输时间

如果使用 DMA将 ADC 结果传输到内存，整个转换时间包括有两部分。第一部分就是前面分析的 ADC 转换时间。这部分在前面已经分析了。可以通过 ADCTIM 寄存器设置数值计算出来。第二部分是 DMA数据传输时钟，通过实际测试，等于16个系统时间周期。由此，可以得到 ADC转换与数据传输总共所需要的系统时钟。在此基础上，便可以得到ADC实际转换速率了。下面根据这个计算公式，对实际采集的数据进行分析，看是否可以得到验证。

GG00011289813_1920_1080.MP4|_-11

三、数据采集

这里有一颗基于 STC32F的信号采集板，采集信号是一个工字电感接收到的 150kHz的导航信号。 DG1062 产生的 150kHz 的正弦信号通过另外一个工字电感耦合到电路中。根据现在软件设置，在 STC32F单片机使用内部 56MHz的工作频率下，理论上对应的采样频率为 875kHz。

GG00005290398_1920_1080.MP4|_-5

▲ 图1.3.1 补零之后的FFT数据

▲ 图1.3.1 补零之后的FFT数据

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST2.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2025-12-21
#
# Note:
#============================================================
from headm import *
ddim = tspload('sample1', 'ddim')
d = list(ddim[0]-mean(ddim[0]))
d0 = [0]* len(d)
for _ in range(128):
    d.extend(d0)
fftd = abs(fft.fft(d))[:len(d)//2]
id = where(fftd==max(fftd))[0][0]
printf(id)
plt.plot(fftd, lw=3)
plt.xlabel("N", color="steelblue", fontsize=24)
plt.ylabel("FFT", color="steelblue", fontsize=24)
plt.grid(True, which='both', linestyle='--', alpha=0.7)
plt.tight_layout()
plt.show()
#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST2.PY
#============================================================

采集一组数据，减去均值之后，通过补零扩展128倍。得到信号峰值在5626的数据位。由此可以计算出信号的频率。根据外部信号为 150kHz， ADC采样频率是 873.658kHz，这与前面分析的频率是很接近的。

GG00005291286_1920_1080.MP4|_-5

/*
**==============================================================================
** CONTROL.C:             -- by Dr. ZhuoQing, 2023-02-18
**
**==============================================================================
*/
//------------------------------------------------------------------------------
//------------------------------------------------------------------------------
void ControlInit(void) {
    int i;
    float fOmiga;
    g_fSampleOmiga = SampleOmiga();
    for(i = 0; i < DATA_LENGTH; i ++) {
        fOmiga = i * DATA_OMIGA;
        g_fSine[i] = sin(fOmiga);
        g_fCosine[i] = cos(fOmiga);
        if(i <= DATA_LENGTH/2) {
            fOmiga = (float)i / (float)(DATA_LENGTH/2);
        } else {
            fOmiga = 1.0 - (float)(i - DATA_LENGTH/2) / (float)(DATA_LENGTH/2);
        }        
        g_fWindows[i] = fOmiga;
    }
}
//------------------------------------------------------------------------------
void ADCDMASample(unsigned char ucChannel) {
    DMA_ADC_CHSW0 = (1 << ucChannel);
    DMA_ADC_CHSW1 = ADC_DMA_CHANNEL_1;
    ADC_DMA_START;
    for(;;) {
        if(ADC_DMA_OVER) break;
    }    
}
//------------------------------------------------------------------------------
float ADCMeasure(unsigned char ucChannel) {
    unsigned int i, nNumNum;
    float fAverage;
    float fSigmaA, fSigmaB, fValue;
    unsigned int * pNumber;
    DMA_ADC_CHSW0 = (1 << ucChannel);
    DMA_ADC_CHSW1 = ADC_DMA_CHANNEL_1;
    ON(LED);
    ADC_DMA_START;
    for(;;) {
        if(ADC_DMA_OVER) break;
    }
    OFF(LED);
    nNumNum = DATA_LENGTH;
    fAverage = g_ucADCDMABuffer[513];
    fAverage /= 256.0;
    fAverage += *((unsigned int *)&g_ucADCDMABuffer[514]);
    pNumber = (unsigned int *)g_ucADCDMABuffer;
    fSigmaA = fSigmaB = 0;    
    for(i = 0; i < nNumNum; i ++) {        
        fValue = *(pNumber ++);
        fValue -= fAverage;
        fValue *= g_fWindows[i];
        fSigmaA += fValue * g_fSine[i];
        fSigmaB += fValue * g_fCosine[i];        
    }
    return sqrt(fSigmaA * fSigmaA + fSigmaB * fSigmaB ) / nNumNum;    
}
float ADCMeasureMA(unsigned char ucChannel) {
    float fValue;
    int i;
    fValue = 0;
    for(i = 0; i < ADC_MA_NUMBER; i ++)
        fValue += ADCMeasure(ucChannel);
    return fValue / ADC_MA_NUMBER;
}
//------------------------------------------------------------------------------
float SampleOmiga(void) {
    unsigned char ucReg = ADCTIM;
    unsigned char ucTsetup, ucThold, ucTduty;
    unsigned char ucSpeed;
    unsigned int nNclock;
    float fSample, fSignal;
    ucTsetup = ucReg >> 7;
    ucThold = (ucReg & 0x60)>>5;
    ucTduty = ucReg & 0x1f;
    ucSpeed = ADCCFG & 0xf;
    nNclock = 2*(ucSpeed+1);
    nNclock = nNclock * (ucTsetup + ucThold + ucTduty + 15);
    nNclock += 16;                          // Add DMA transfer system clock
    fSample = OSC_FREQUENCY;
    fSample /= nNclock;
    fSignal = 150000.0;
    return 2*3.1415926*fSignal/fSample;
}
//==============================================================================
//                END OF FILE : CONTROL.C
//------------------------------------------------------------------------------