Note10：基于STM32H7+HAL+CubeMX+DMA+SPI+串口中断+定时器+RTC的多传感器数据采集系统（2*ADXL355和ADXL375通过Sync时序同步）-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Note10：基于STM32H7+HAL+CubeMX+DMA+SPI+串口中断+定时器+RTC的多传感器数据采集系统（2*ADXL355和ADXL375通过Sync时序同步）。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

本文的初衷一方面是将我的一些关于STM32开发方面浅显的个人经验分享给初学者、并期望得到大佬的批评指正，另一方面是记录自己的实验过程便于回顾。

我预感应该要写很多，不过鉴于之前的数篇笔迹中，对于SPI/DMA/ADXL3XX系列加表的使用已经详细描述过了，所以这篇博客只记录系统构建的整体流程。

摘要：

通过STM32H743VIT6驱动两片adxl355和1片adxl375，采用SYNC信号同步控制方式实现3个传感器的数据，采用FIFO流模式，采用3组SPI+DMA实现数据的同步采集，采用串口1+DMA进行数据传输，采用串口2+中断构建指令系统，具体指令及对应的功能如下图。通过定时器+计数实现了频率可调的方波信号和周期可调的中断，通过RTC产生的秒中断实现定时采样、实际采样率检测的功能，此外还可以自定义帧标记、获取温度等功能。

Note10：基于STM32H7+HAL+CubeMX+DMA+SPI+串口中断+定时器+RTC的多传感器数据采集系统（2*ADXL355和ADXL375通过Sync时序同步）,研究生阶段学习笔记,stm32,c语言,Powered by 金山文档

0 硬件电路介绍

本文基于紫色的板子进行介绍，原理图和细节就不放了，需要用到的时候会指明，总体用到的外设有哪些呢？见下面cubeMX的引脚分配图

1 实现3组SPI+DMA，并进行数据采集

3组SPI+DMA的基本配置都很简单（且相同），前面的文章都详细介绍过，因此直接上图,

由于SPI+DMA的传输是非阻塞的，意思就是，如果我写了“SPI接收”，然后“片选拉高”，程序执行完SPI接收后，不管DMA是否传输完毕，都会继续执行“片选拉高”，这是不科学的，一种常见的解决方案是增加延时，但是这样做就失去了DMA的意义，既然有时间延时，为啥要用DMA?而且这种方式无法实现3组SPI同时接收（会差数个机器周期，忽略不计吧）

我的解决方案是：采用标志位的思想，如下，当spix（指spi1或2或3）在发送或接收的时候，将对应的标志位置位，3组spi在同时工作，这个时候，我不断查询标志位，如果3个标志位都回到 0 ，就可以继续使用SPI了，否则等待。

volatile uint8_t DMA_FLAG=0x7f;
//Reserved | usart | spi1TX | spi2TX | spi3TX | spi1RX | spi2RX | spi3RX

因此，3个传感器的数据同步采集函数如下，具体细节：SAMPLE_START;SAMPLE_ADDRESS;...这些抽象的东西是宏定义，即拉高3个片选，分别对3片传感器发送数据读取的地址，...，Delay_us是微秒延时函数，在前面的文章有介绍。

void data_sample(){    
    SAMPLE_START;
    Delay_us(5);
    DMA_FLAG&=0xc7;//spi send busy ,bit 0 is busy
    SAMPLE_ADDRESS;
    while((DMA_FLAG&0x38)!=0x38){Delay_us(5);}//    wait until address is sent
    DMA_FLAG&=0xf8;//spi receive busy
    SAMPLE_RECEIVE;
    while((DMA_FLAG&0x07)!=0x07){Delay_us(5);}//    wait until data is received
    SAMPLE_END;
    while((DMA_FLAG&0x40)!=0x40){Delay_us(5);} //    wait until uasrt1 is ready
    DMA_FLAG&=0xbf;                                    //usart1 set busy
    HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,SPI_RX_Buffer, 29);
    Delay_us(80);
}

为了怕难以理解，宏定义如下：

#define SAMPLE_START    HAL_GPIO_WritePin(XL355_CS_GPIO_Port, XL355_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);\
HAL_GPIO_WritePin(XL355_2_CS_GPIO_Port, XL355_2_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);\
HAL_GPIO_WritePin(XL357_CS_GPIO_Port, XL357_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET)    
#define SAMPLE_END    HAL_GPIO_WritePin(XL355_CS_GPIO_Port, XL355_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);\
HAL_GPIO_WritePin(XL355_2_CS_GPIO_Port, XL355_2_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);\
HAL_GPIO_WritePin(XL357_CS_GPIO_Port, XL357_CS_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define SAMPLE_ADDRESS    HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, &SPI_READ_DATA_Address, 1);\
HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi2, &SPI_READ_DATA_Address, 1);\
HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi3, &SPI_READ_DATA_Address, 1)
#define SAMPLE_RECEIVE    HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi1, &SPI_RX_Buffer[0], 9);\
HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi2, &SPI_RX_Buffer[9], 9);\
HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi3, &SPI_RX_Buffer[18], 9)

下面是DMA回调函数的写法，一共6个，只给出两个，其他的同理。这些回调函数在stm32h7xx_it.c里，只有 DMA_FLAG|=0x04;是我写进去的，写在处理中断前/后都可以，目的就是给标志位置位。

void DMA1_Stream0_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN DMA1_Stream0_IRQn 0 */
    //for SPI1-RX
    DMA_FLAG|=0x04;
  /* USER CODE END DMA1_Stream0_IRQn 0 */
  HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_spi1_rx);
  /* USER CODE BEGIN DMA1_Stream0_IRQn 1 */

  /* USER CODE END DMA1_Stream0_IRQn 1 */
}

/**
  * @brief This function handles DMA1 stream1 global interrupt.
  */
void DMA1_Stream1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN DMA1_Stream1_IRQn 0 */
    //for SPI1-TX
    DMA_FLAG|=0x20;
  /* USER CODE END DMA1_Stream1_IRQn 0 */
  HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_spi1_tx);
  /* USER CODE BEGIN DMA1_Stream1_IRQn 1 */

  /* USER CODE END DMA1_Stream1_IRQn 1 */
}

2 实现usart+DMA/中断，进行数据传输和菜单设置

开了两路usart，其中usart1用DMA方式来传输数据 1500000波特率（用镀银的杜邦线，极度奢侈），usart2用中断方式来接收指令，并用常规方式来打印信息，配置极为简单（只改波特率，其余默认）不上图了，需要注意的是，usart2用中断方式来接收指令因此中断的优先级可以高一点，比SPI+DMA（优先级3）略高，暂时设定为2，然后更高的优先级1 留给定时器和RTC的秒中断。

usart1用DMA方式来传输数据在上一部分的sample函数里，一行代码。

usart2的中断函数是这样的，几点细节：switch语句的查表方式比多个if连用的效率更高，串口接收一次之后，要重新执行接收函数才能再次接收。下面的代码应该是浅显易懂的

void USART2_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART2_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
  /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */

    switch(UART_RX){
        case 0x00:{
            SAMPLE_FLAG^=0x80;
            if(SAMPLE_FLAG&0x80)
                puts("Sampling...");
            else
                puts("Pause...");
            break;
        }    
        case 0x01:SR_Counter_RES=800;puts("Set SR = 5Hz");break;
        case 0x02:SR_Counter_RES=80;puts("Set SR = 50Hz");break;
        case 0x03:SR_Counter_RES=40;puts("Set SR = 100Hz");break;
        case 0x04:SR_Counter_RES=20;puts("Set SR = 200Hz");break;
        case 0x05:SR_Counter_RES=8;puts("Set SR = 500Hz");break;
        case 0x06:SR_Counter_RES=5;puts("Set SR = 800Hz");break;
        case 0x07:SR_Counter_RES=4;puts("Set SR = 1000Hz");break;
        case 0x08:SR_Counter_RES=2;puts("Set SR = 2000Hz");break;    
        case 0x0a:{
            SAMPLE_FLAG^=0x40;
            if(SAMPLE_FLAG&0x40)
                puts("Time_Count mark : ON");
            else{
                puts("Time_Count mark : OFF");
                SAMPLES=0;
            }
            break;
        }
        
        case 0x10:{
            SAMPLE_FLAG&=0x7e;
            Timing=0;
            puts("Timing sample is OFF ");            
            break;
        }
        case 0x11:{
            SAMPLE_FLAG|=0x01;
            SAMPLE_FLAG&=0x7f;
            Timing=30;
            puts("Timing sample : 30s, enter 0x00 to start.");
            break;
        }
        case 0x12:{
            SAMPLE_FLAG|=0x01;
            SAMPLE_FLAG&=0x7f;
            Timing=60;
            puts("Timing sample : 60s, enter 0x00 to start.");
            break;
        }
        case 0x13:{
            SAMPLE_FLAG|=0x01;
            SAMPLE_FLAG&=0x7f;
            Timing=180;
            puts("Timing sample : 180s, enter 0x00 to start.");
            break;
        }
        case 0x14:{
            SAMPLE_FLAG|=0x01;
            SAMPLE_FLAG&=0x7f;
            Timing=300;
            puts("Timing sample : 300s, enter 0x00 to start.");
            break;
        }
        
        case 0x20:{
            SAMPLE_START;
            HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &SPI_Temp_Address, 1,0xffff);
            HAL_SPI_Transmit(&hspi2, &SPI_Temp_Address, 1,0xffff);
            HAL_SPI_Transmit(&hspi3, &SPI_Temp_Address, 1,0xffff);
            HAL_SPI_Receive(&hspi1, Temperture, 2,0xffff);
            HAL_SPI_Receive(&hspi2, &Temperture[2], 2,0xffff);
            HAL_SPI_Receive(&hspi3, &Temperture[4], 2,0xffff);
            SAMPLE_END;
            puts("Temperture in HEX(2Bytes*3):");
            printf("%x %x %x %x %x %x\n\n",Temperture[0],Temperture[1],Temperture[2],Temperture[3],Temperture[4],Temperture[5]);
            break;
        }
        
        case 0x30:{
            puts("Enter User-Mark(1 Byte in HEX, must be confined in 0xE0~0xFF): ");
            HAL_UART_Receive(&huart2,&SPI_RX_Buffer[28],1,0xffff);
            SPI_RX_Buffer[28]=SPI_RX_Buffer[28]<0xE0? 0x55:SPI_RX_Buffer[28];
            printf("User-Mark is %x\n",SPI_RX_Buffer[28]);
            break;
        }
        default:puts("Don't have this Commond!");break;    
    }
    HAL_UART_Receive_IT(&huart2,&UART_RX,1);
  /* USER CODE END USART2_IRQn 1 */
}

3 实现定时器产生固定频率的SYNC信号，并进一步实现可调的采样率

关于定时器，我也是在博客上现学的，首先时钟树如下：

可见右边写着：to APB2 Timer clocks 是240MHz，我将用到的Timer3就是在这个时钟域。Tim3的配置如下，开启通道1输出作为SYNC信号，Tooggle on match 就是每次计数器溢出时翻转输出电平，根据图中的参数来计算，Tim3的溢出频率=240Mhz/（预分频系数+1）/（计数周期+1）=240M/(59+1)/(999+1)=4Khz。因此CH1输出的SYNC信号为2Khz的方波信号。Tim3中断函数的调用频率为4kHz。

开启Tim3的中断，

在用MX_TIM3_Init函数初始化完成后，用下面两行代码分别开启TIM3基本定时器和TIM3的CH1，如果没有第一行，CH1依然有输出，但是中断函数不会被调用。

    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
    HAL_TIM_OC_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);

Tim3的中断函数这样写（只有8-13行，其余是自动生成的），每次中断SR_Counter减一，当重装时，置为SAMPLE_FLAG中的采样标志位，程序查询到该标志位时进行采样。这样，就可以通过改变SR_Counter_RES的值，动态修改采样率了，而不需要重新配置TIM3，因为重新配置TIM3也势必会影响SYNC信号，再开一个定时器也没必要。

程序以200khz的频率查询，因此查询和标志位产生之间的误差可以忽略，如果需要进一步增加采样率精度，是否可以把采样函数写在该中断函数里？如果我中断间隔为250us，中断里写的程序需要运行50us，那我的中断间隔会被改变吗？我还没验证，不过采用我目前的实现方式，TIM3中断中的代码量极小，因此不用考虑这样的情况。

注意：我在两次采样间无延时的情况下，全速运行10秒，大约得到了7万个数据，这说明我完成一次3个传感器的采样和传输所需要的时间小于0.2ms，因此我通过上述的方式实现最大采样率为2000Hz是完全OK的。

void TIM3_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn 0 */

  /* USER CODE END TIM3_IRQn 0 */
  HAL_TIM_IRQHandler(&htim3);
  /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn 1 */
    if(SR_Counter)
        SR_Counter--;
    else{
        SR_Counter=SR_Counter_RES-1;
        SAMPLE_FLAG|=0x08;
    }

  /* USER CODE END TIM3_IRQn 1 */
}

主函数的主循环中，采样的部分这样写：

        if(SAMPLE_FLAG&0x80){
            while((SAMPLE_FLAG&0x08)!=0x08){Delay_us(5);}
            SAMPLE_FLAG&=0xf7;
            data_sample();
            SAMPLES=SAMPLE_FLAG&0x40?SAMPLES+1:SAMPLES;
            if ((SAMPLE_FLAG&0x01)&& !Timing){
                SAMPLE_FLAG&=0x7e;
                puts("Timing sample is done!");    
            }

其中的SAMPLE_FLAG是采样标志位，具体分配如下：（除去保留位，从左到右分别为：采样启停、时间-采样数的水印开关、采样标志位、定时采样标志位）

volatile uint8_t SAMPLE_FLAG=0;
//RUN | Time_Count_MARK | Reserved | Reserved | Sample | Reserved | Reserved | Timing

4 实现RTC产生秒中断，并进一步实现定时采样和实际采样率检测

RTC这地方我调了很久，因为经常RTC调着调着就不工作了，原因是：我的板子没有复位按键，是上电自动复位，程序下载之后，如果板子不重新上电，32.768k的晶振就很有可能无法起振。

RTC产生秒中断，配置如下，internal wakeup意思是内部中断（不输出），wakeup clock 1hz很方便，自动产生秒信号。

中断函数如下，RTC_Second是我用来计秒的（从上电到现在的秒数），RTC应该有专门的秒寄存器，但是我懒得找了。LED0_Toggle是宏定义，翻转LED灯的；如果设置了定时采样，采样会暂停，当采样开始的时候，每过一秒Timing（定时的秒数）减一；如果开启了时间-采样数水印，会打印当前的秒数和当前累计采集到的样本SAMPLES，这样就可以看到实际的采样率，例如下下面的图，采样率设置为800hz，实际大约是779.5hz，当然这个误差是可以通过优化代码来进一步缩小的。

void RTC_WKUP_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN RTC_WKUP_IRQn 0 */

  /* USER CODE END RTC_WKUP_IRQn 0 */
  HAL_RTCEx_WakeUpTimerIRQHandler(&hrtc);
  /* USER CODE BEGIN RTC_WKUP_IRQn 1 */
    LED0_Toggle;
    RTC_Second++;
    if((SAMPLE_FLAG&0x81)==0x81){
        Timing--;
        printf("Timing rest seconds : %4d\n",Timing);
    }
    if(SAMPLE_FLAG&0x40)
        printf("SAMPLES : %10d, Power-seconds %5d\n",SAMPLES,RTC_Second);
    
  /* USER CODE END RTC_WKUP_IRQn 1 */
}

ok，到此为止了，下面展示一下开机界面

代码多逻辑复杂，贴不尽。如果需要进一步讨论该工程的完整代码请私信或评论留言。欢迎讨论！文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-692886.html

到了这里，关于Note10：基于STM32H7+HAL+CubeMX+DMA+SPI+串口中断+定时器+RTC的多传感器数据采集系统（2*ADXL355和ADXL375通过Sync时序同步）的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！