基于STM32G4芯片TIM+SPI+DMA应用示例

lidenghui

现在有STM32用户使用STM32G474R芯片开发产品，其中用到TIM1做电源驱动，TIM1工作在中心对齐计数模式。现在有个应用需求，就是希望在TIM1每个周期的下图箭头所指时刻触发外部ADC器件的采样，等ADC完成转换后并通过SPI接口将结果取回来。但有个要求，从触发时刻【下图中的A点】开始到把ADC结果取回来这个过程不能有CPU的参与。



该用户觉得原理上可行，但经一番折腾感觉相应硬件时序的实现和DMA传输都遇到了些障碍。就像拼魔方一样，规则和需求虽然很清晰，基本动作也简单，但真要转成功不太容易。

我们来进一步看看他目前所用ADC器件跟STM32G4在硬件时序上有哪些关联与要求。下图黄色栏里记录的是外部ADC器件用到的几个信号，绿色栏记录的是它跟STM32G4芯片相连的信号或管脚。图中红色信号代表从ADC器件给到STM32的，蓝色信号就是STM32芯片给到ADC器件的。



目前大致时序要求是，在TIM1每个计数周期的A点，STM32首先产生两个ADC启动信号，即上图中的两个下沿窄脉冲。等ADC转换完成后根据ADC器件的BUSY信号的下沿到来，启动STM32的SPI接收多个数据，显然这里需要DMA出场。

现在的问题就是，如何将A点跟ADC启动信号同步关联起来？如何实现那两个启动脉冲？然后，ADC转换完成信号出现后又如何跟STM32这边的SPI接收关联起来？记住，这整个过程不让CPU插手。

我这里提供一个方案供参考。因为下面的验证测试仅仅基于STM32G4芯片本身，并没有连接上相应的ADC器件。所以，下面测试验证过程中，我通过STM32G4芯片模拟产生ADC器件的Busy信号。另外用到SPI1和SPI2，SPI1作为STM32G4端的主SPI,负责从外部ADC器件读回结果。SPI2模拟ADC器件那边的从SPI设备，负责发送结果到STM32G4芯片。

我让TIM2跟TIM1同步启动，并设置相同的计数周期。TIM2计数到对应于TIM1的A点时产生OC1事件去同步启动TIM3和TIM4，TIM3基于两个通道输出两路ADC启动脉冲后停下来，TIM4用来模拟产生ADC器件的BUSY信号。BUSY信号接到STM32G474RE芯片的PC2脚，基于PC2脚下沿触发的外部中断事件再作为STM32G474  SPI1的DMA发送的同步信号。

我将上面描述的内容用下图示意出来，即从A点开始到产生Busy信号的各种信号前后关系时序图，这样便于观察和理解。具体参数可以根据实际情况适当调整。



要产生这个时序关系，所需核心知识点就是TIMER的主从触发与同步以及TIMER不同输出比较模式的特性，并加以活用。

解决了前面几个信号间的时序关系，还不能万事大吉。我们还需要对DMA以及DMAMUX的有关原理和SPI应用相关知识点有着清晰地把握，才能解决眼前的问题。

下面我会把全部配置及用户代码都贴出来供参考，这里就没法逐字逐句解说了。

原理弄清晰后，我们就可以使用STM32开发神器-STM32CubeMx图形化工具进行初始化配置。顺便说明下，这里提到的方案不是一成不变的，能达到目的即可。尤其有关TIMER的具体实现方式往往灵活多样。

一、有关TIM1的配置。它其实不是这里的重点，这里主要是基于它再构造一个跟它同步启动的辅助定时器2。TIM1的主要任务是做它该做的驱动就好。



二、定时器2的配置。它被TIM1同步触发启动。计数周期跟TIM1一样，并在特定计数点【前面提到的对应于A点的位置】产生OC1比较事件。



三、定时器3的配置，它被TIM2触发启动,工作在单脉冲模式。计数周期根据自身信号特征和时序要求来拟定。使用通道1和通道2来产生两路相同的ADC启动信号。



四、定时器4的配置，也是被TIM2触发启动,工作在单脉冲模式。计数周期根据自身信号特征和时序要求来拟定。这里使用其通道1模拟产生ADC器件的BUSY信号。



五、SPI的配置。SPI1作为主设备，负责从ADC器件读取结果到RAM。SPI2模拟ADC器件的从设备，负责发送ADC结果给主设备。我这里启用了SPI1收、发的DMA传输，并且DMA发送使用EXTI2事件做同步。另外我也启用了SPI2的DMA发送功能。这里重点关注下SPI1发送功能的DMA配置。



需要重点关注的基本配置就是上面这些，其它有关时钟、EXTI2配置就不贴图了。创建工程后，添加用户代码。这里需添加的用户代码比较简单。见下图，清一色的启动代码，寥寥几行。



因为这里只需接收数据，MOSI脚释放出来无妨，所以才有了上面截图的第一行，不做重点关注。下图是我验证测试过程中的实际波形图：



上图中的黄色波形是TIM1的输出波形。两路绿色波形是STM32G4给到ADC器件的启动信号。紫色波形是STM32G4模拟产生的BUSY信号。

我们不妨看看基于上面配置及代码的验证结果。每次读取4个数据回来。下面两图是基于两次不同的模拟测试结果截图。TxData是从SPI2发过来的数据，RxData是主SPI1收到的数据。





好，今天的话题就分享到这里，希望能带给大家一些参考和启示。上面内容涉及的东西较多，应该说有较强的综合性，应用上也不失灵活。如果有啥相关问题，我们可以讨论交流~！