📚 课程目录第4章 ADC多通道同步采样

4. ADC多通道同步采样

任务目标

本案例在STM32F407平台上，使用ADC1的注入组同步采样两相电机电流（IU、IV）和母线电压（VBUS），并通过DMA将结果自动搬运至内存，供FOC算法主循环直接读取。采样触发源选择定时器1的更新事件，确保与PWM载波周期同步。

硬件连接与前置条件

电流传感器输出接ADC1_IN0（PA0，对应IU）和ADC1_IN1（PA1，对应IV）
母线电压分压后接ADC1_IN2（PA2，对应VBUS）
定时器1已配置为中央对齐PWM模式，频率10kHz（载波周期100µs）
使用STM32CubeMX生成初始化代码，或手动配置以下寄存器

关键完整代码

// adc_sync_sample.h
#ifndef ADC_SYNC_SAMPLE_H
#define ADC_SYNC_SAMPLE_H

#include "stm32f4xx.h"

#define ADC_BUF_LEN 3
typedef struct {
    uint16_t iu;      // 原始ADC值，需转换为实际电流
    uint16_t iv;
    uint16_t vbus;
} ADC_3chSample_t;

extern volatile ADC_3chSample_t g_adcSample;
extern volatile uint8_t g_adcDmaDoneFlag;

void ADC_SyncSample_Init(void);
void ADC_SyncSample_Start(void);

#endif

// adc_sync_sample.c
#include "adc_sync_sample.h"

volatile ADC_3chSample_t g_adcSample;
volatile uint8_t g_adcDmaDoneFlag = 0;

static DMA_Stream_TypeDef* const ADC_DMA_STREAM = DMA2_Stream4;
static const uint32_t ADC_DMA_CHANNEL = DMA_Channel_0;

void ADC_SyncSample_Init(void) {
    // 1. 使能时钟
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_DMA2EN | RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN | RCC_APB2ENR_TIM1EN;

    // 2. GPIO配置：PA0/PA1/PA2为模拟输入
    GPIOA->MODER |= (3U << 0) | (3U << 2) | (3U << 4);  // 模拟模式

    // 3. DMA配置：外设到内存，循环模式
    DMA2->LISR = 0;  // 清除标志
    DMA2_Stream4->CR = 0;
    DMA2_Stream4->PAR = (uint32_t)&ADC1->JDR1;  // 注入组数据寄存器
    DMA2_Stream4->M0AR = (uint32_t)&g_adcSample;
    DMA2_Stream4->NDTR = ADC_BUF_LEN;
    DMA2_Stream4->CR = DMA_SxCR_CHSEL_0 |          // 通道0
                       DMA_SxCR_PL_1 |              // 高优先级
                       DMA_SxCR_MSIZE_0 |           // 内存16位
                       DMA_SxCR_PSIZE_0 |           // 外设16位
                       DMA_SxCR_MINC |              // 内存递增
                       DMA_SxCR_CIRC |              // 循环模式
                       DMA_SxCR_TCIE |              // 传输完成中断
                       DMA_SxCR_EN;

    // 4. ADC1配置：注入组3通道，由TIM1触发
    ADC1->CR1 = 0;
    ADC1->CR2 = ADC_CR2_ADON | ADC_CR2_EXTEN_0 | ADC_CR2_EXTSEL_0 | ADC_CR2_EXTSEL_1;  // TIM1 CC1触发
    ADC1->CR1 |= ADC_CR1_JAUTO;                    // 自动注入模式
    ADC1->CR1 |= ADC_CR1_SCAN;                     // 扫描模式

    // 注入组序列：3个通道
    ADC1->JSQR = (2U << 20) |                      // JL[1:0]=2，3个转换
                 (2U << 15) |                      // SQ3: 通道2 (VBUS)
                 (1U << 10) |                      // SQ2: 通道1 (IV)
                 (0U << 5);                        // SQ1: 通道0 (IU)

    // 采样时间：480周期（约5.3µs @ 90MHz ADC时钟）
    ADC1->SMPR1 |= (7U << 6) | (7U << 9) | (7U << 12);  // 通道0/1/2

    // 5. DMA中断使能
    NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream4_IRQn);
}

void ADC_SyncSample_Start(void) {
    g_adcDmaDoneFlag = 0;
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;   // 启动ADC
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_SWSTART; // 首次触发
}

// DMA传输完成中断：每完成一轮3通道采样触发
void DMA2_Stream4_IRQHandler(void) {
    if (DMA2->LISR & DMA_LISR_TCIF4) {
        DMA2->LIFCR |= DMA_LIFCR_CTCIF4;
        g_adcDmaDoneFlag = 1;  // 置标志，主循环可读取新数据
    }
}

运行与验证

初始化调用：在系统初始化阶段调用ADC_SyncSample_Init()，然后在PWM启动前调用ADC_SyncSample_Start()。
数据读取：主循环中检查g_adcDmaDoneFlag，置位后读取g_adcSample结构体，处理完毕后清除标志。
触发同步：TIM1的更新事件（或CC1事件）自动触发ADC注入组转换，无需软件干预。

验证方法：在IU通道（PA0）输入1.5V直流电压（ADC参考电压3.3V），观察g_adcSample.iu值应稳定在约1.5/3.3*4095 ≈ 1861（±10 LSB误差）。同时用示波器测量PA0引脚，确认采样时刻与PWM载波同步（每个PWM周期采样一次）。若DMA中断标志每100µs置位一次，说明同步采样链路工作正常。

常见问题

DMA不触发：检查DMA通道号是否与ADC1注入组匹配（F407为DMA2_Stream4_Channel0），并确认ADC_CR2的EXTSEL位选择正确。
数据错位：JSQR中通道顺序必须与DMA搬运顺序一致（先IU、再IV、最后VBUS），否则FOC计算会使用错误数据。
采样值跳变：检查采样时间是否足够（建议≥480周期），并确认传感器输出阻抗匹配。