单片机时序控制和采集信号

Question

求问一下时序内采集三次信号，ADC和时钟应该怎么配置，基于stm32F407单片机
· 阶段1 (0-2.5ms)：关闭所有LED。DAC1输出为环境光计算的DAC_V(Amb)。
· 阶段2 (2.5-5ms)：仅开启红光LED。DAC1输出为红光计算的DAC_V(Red)。采集红光下的AD0_Red与AD1_Red。
· 阶段3 (5-7.5ms)：关闭所有LED。DAC1再次输出DAC_V(Amb)。采集环境光下的AD0_Amb与AD1_Amb。
· 阶段4 (7.5-10ms)：仅开启红外LED。DAC1输出为红外计算的DAC_V(IR)。采集红外光下的AD0_IR与AD1_IR。
· 周期结束：三组数据（红、环境、红外）采集完毕，触发主循环进行算法处理与数据发送。

Answer 1

晚上好🌙🌙🌙
本答案参考通义千问

针对你描述的STM32F407单片机时序控制与信号采集问题，我们可以分阶段进行配置，包括：

• 定时器配置（用于生成精确的时间段）
• ADC配置（用于采集AD0和AD1通道）
• DAC配置（用于输出对应的电压值）
• LED控制逻辑（根据时间阶段开启或关闭LED）

以下是详细解决方案：

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一、硬件准备

确保以下外设已连接：

• 红光LED：连接至某个GPIO（如GPIOB, Pin 0）
• 红外LED：连接至另一个GPIO（如GPIOB, Pin 1）
• DAC1：连接至某个模拟输出引脚（如PA4）
• ADC通道0和1：分别连接到AD0和AD1（如PA0和PA1）
• 定时器：使用TIM2作为主定时器，生成周期性中断（每2.5ms触发一次）

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二、软件配置方案

1. 配置定时器（TIM2）生成周期中断

// TIM2初始化函数
void TIM2_Init(void) {
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct;
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 8399;        // 84MHz / (8400+1) = 10kHz
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = 2499;           // 2.5ms = 10kHz * 2500
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStruct.TIM.ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;

    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStruct);
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

2. ADC配置（采集AD0和AD1）

// ADC初始化函数
void ADC_Init(void) {
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
    ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
    ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; // 单次转换
    ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1CC1; // 可选外部触发
    ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 2;

    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);

    // 配置ADC通道0和1
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_15Cycles);
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_15Cycles);

    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1); // 重置校准
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); // 等待校准完成
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); // 等待校准完成
}

3. DAC配置（输出DAC_V(Amb)、DAC_V(Red)、DAC_V(IR)）

// DAC初始化函数
void DAC_Init(void) {
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);

    DAC_InitTypeDef DAC_InitStruct;
    DAC_InitStruct.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Enable;
    DAC_InitStruct.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None;
    DAC_InitStruct.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;
    DAC_InitStruct.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude = DAC_LFSRUnmask_Bit0;

    DAC_Init(DAC1, &DAC_InitStruct);
    DAC_Cmd(DAC1, ENABLE);
}

// 设置DAC输出电压
void SetDACValue(uint16_t value) {
    DAC_SetChannel1Value(DAC1, DAC_Align_12b_R, value);
}

4. LED控制逻辑（基于定时器中断）

// 定时器中断处理函数
void TIM2_IRQHandler(void) {
    static uint8_t phase = 0;

    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);

        switch (phase) {
            case 0: // Phase 1: 0-2.5ms
                GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1); // 关闭所有LED
                SetDACValue(DAC_V_Amb); // 输出环境光电压
                break;

            case 1: // Phase 2: 2.5-5ms
                GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); // 开启红光LED
                GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1); // 关闭红外LED
                SetDACValue(DAC_V_Red); // 输出红光电压
                ADC_SoftwareStartConv(ADC1); // 启动ADC转换
                break;

            case 2: // Phase 3: 5-7.5ms
                GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1); // 关闭所有LED
                SetDACValue(DAC_V_Amb); // 再次输出环境光电压
                ADC_SoftwareStartConv(ADC1); // 启动ADC转换
                break;

            case 3: // Phase 4: 7.5-10ms
                GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1); // 开启红外LED
                GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); // 关闭红光LED
                SetDACValue(DAC_V_IR); // 输出红外光电压
                ADC_SoftwareStartConv(ADC1); // 启动ADC转换
                break;
        }

        phase = (phase + 1) % 4; // 循环4个阶段
    }
}

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三、ADC数据采集与处理

在ADC转换完成后，读取结果并保存：

uint16_t AD0_Red, AD1_Red, AD0_Amb, AD1_Amb, AD0_IR, AD1_IR;

// 在ADC中断中获取数据
void ADC_IRQHandler(void) {
    if (ADC_GetITStatus(ADC1, ADC_IT_EOC) != RESET) {
        ADC_ClearITPendingBit(ADC1, ADC_IT_EOC);

        uint16_t adc_value[2];
        ADC_GetConversionValue(ADC1, adc_value);

        // 根据当前阶段保存数据
        switch (current_phase) {
            case 1:
                AD0_Red = adc_value[0];
                AD1_Red = adc_value[1];
                break;
            case 2:
                AD0_Amb = adc_value[0];
                AD1_Amb = adc_value[1];
                break;
            case 3:
                AD0_IR = adc_value[0];
                AD1_IR = adc_value[1];
                break;
        }
    }
}

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四、主循环处理

当四阶段完成，触发主循环进行算法处理和数据发送：

int main(void) {
    SystemInit();
    TIM2_Init();
    ADC_Init();
    DAC_Init();
    NVIC_Init(); // 配置NVIC中断

    while (1) {
        if (data_ready) {
            // 调用算法处理函数
            ProcessData(AD0_Red, AD1_Red, AD0_Amb, AD1_Amb, AD0_IR, AD1_IR);

            // 发送数据到串口或其他通信接口
            SendData(AD0_Red, AD1_Red, AD0_Amb, AD1_Amb, AD0_IR, AD1_IR);

            data_ready = false;
        }
    }
}

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五、总结

✅ 重点配置如下：

1. 定时器配置：使用TIM2生成2.5ms周期中断。
2. ADC配置：采集AD0和AD1通道，支持单次转换。
3. DAC配置：根据阶段输出不同电压。
4. LED控制：根据阶段开启/关闭红光和红外LED。
5. ADC中断处理：在对应阶段采集数据。
6. 主循环处理：完成数据采集后触发算法处理。

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如有需要，我也可以提供完整的工程文件结构和代码示例。是否需要？