STM32(DMA、DHT11)

1、DMA（数据的搬运工）

DMA，全称为：Direct Memory Access，即直接存储器访问。DMA 传输方式无需 CPU 直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为 RAM 与 I/O 设备开辟一条直接传送数据的通路，能使 CPU 的效率大为提高。

1.1 DMA作用

DMA的传输方式不需要CPU参与，可以直接控制传输

DMA给外部设备和内存开辟一条直接传输数据的通道

目的：给CPU节省资源，使CPU的工作效率提高。

1.2 DMA主要特性

中文手册（140页）、对此页进行讲解

    1）同一个DMA模块可以有多个优先级请求：很高、高、中等、低

    2）每个通道有3个事件标志： DMA半传输、DMA传输完成、 DMA传输出错

    3）数据源 目标源 数据传输宽度对齐

    4）传输数据 字节(8位) 半字(16位) 全字(32位 )

    5）存储器<->存储器、外设<->存储器、外设<->外设

    6）闪存(flash) 、SRAM、 APB 、AHB 、外设均可以作为源或者目标

    7）搬移数据的最大长度为65535字节

1.3 DMA寄存器

    DMA_CPARx ：设置外设地址的寄存器

    DMA_CMARx ：设置存储器地址的寄存器

    DMA_CCRx ：设置数据传输方向

    DMA_CNDTRx：设置传输的数据量

1.4 DMA的增量或者循环模式

   1）增量：外设搬移到存储器的时候 ，不希望覆盖上一个数据，会将内存设置为增量模式

    2）循环：DMA不停循环的搬移数据，一组的数据传输完成时，计数寄存器将会自动地被恢复成配置该通道时设置的初值。

1.5 DMA中断

每个 DMA 通道都可以在 DMA 传输过半、传输完成和传输错误时产生中断。为应用的灵活性考虑，通过设置寄存器的不同位来打开这些中断

实验1：DMA-ADC串口发送

实验要求：使用DMA通过串口打印ADC采集的光照值

从外设-----》内存

半字（16位）也就是每次搬16位数据，而我们的ADC每次刚好是将数据存在16位的寄存器里面，因此不需要更改。

什么时候搬移？

再ADC转化完成之后再搬移（用DMA搬移）

怎么用？

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA  (ADC_HandleTypeDef * hadc, uint32_t * pData, uint32_t  Length)

功能：启动ADC开始转换，并通过DMA搬移转换结果。

参数：ADC_HandleTypeDef * hadc 句柄

           uint32_t * pData 数据存放地址

           uint32_t  Length 数据长度

此时CPU并未参与ADC转换完成的数据读取工作，节省了CPU的资源。

实验2：DMA-ADC串口发送--按键中断

2.1 实验要求

在按键按下之后，使用DMA通过串口发送ADC采集的光照值（时钟设置成64MHz）

2.2 Cube MX 环境配置

在上一个项目基础上配置

2.3 代码编写

void HAL_GPIO_EXTI_Rising_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
	if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_8)
	{
		HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t *)&buf,1);
	}
}
int fputc(int ch ,FILE* p)
{
	while(!(USART1->ISR&(1<<7)));
	USART1->TDR=ch;
	return ch;
}
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
	HAL_ADC_Stop_DMA(&hadc1);
	printf("%d\n",buf);
}

2.4 再加上按键的ADC值

void HAL_GPIO_EXTI_Rising_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
	if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_8)
	{
		HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t *)buf,2);
	}
}
int fputc(int ch ,FILE* p)
{
	while(!(USART1->ISR&(1<<7)));
	USART1->TDR=ch;
	return ch;
}
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
	HAL_ADC_Stop_DMA(&hadc1);
	printf("key=%d light=%d\n",buf[0],buf[1]);
}

3、DMA不定长接收

3.1 Cube MX 环境配置 

3.2 可能使用到的函数

找函数去HAL英文手册 HAL_UART_Generic Driver 587页
1）HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef * huart, 
uint8_t * pData, uint16_t Size) //开启DMA通道并设定通道长度
2）__HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__,__INTERRUPT__)//开启串口空闲中断
3）__HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__,__FLAG__)//获得串口空闲中断标志
4）__HAL_UART_CLEAR_FLAG(__HANDLE__,__FLAG__) //清除串口空闲中断
5）HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef * huart) //关闭串口DMA通道
6）设定的传输长度-剩余传输数量（DMA_CNDTRx）=实际长度
7）HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef * huart, uint8_t * pData, uint16_t Size)  //使用DMA通道发送指定长度的字符到串口中

3.3 代码编写

main.c

uint8_t buf[128];															//接收缓冲区
uint8_t trans_buf[]="家玉是帅哥，猛哥是王子";	//发送内容

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
		HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,trans_buf,sizeof(trans_buf));		//DMA发送
		HAL_Delay(200);
		HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,buf,128);						//接收DMA使能
		__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);				//开启串口空闲中断
    /* USER CODE END WHILE */

串口中断函数（中断向量表跳转一次）

extern uint8_t buf[128];
uint8_t len = 0;
// 直接在串口中断函数编写代码，不采用回调函数
// 因为DMA自动搬数据，有中断后进入该函数，直接写即可
void USART1_IRQHandler(void)	
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
	// 在中断线中判断IDLE状态
    // 1->空闲
    // param1->串口；
    // param2->Idle line detection interrupt->空闲线路检测中断
	if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE))	
	{                               // 1. 获得串口空闲中断标志	
		__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1,UART_CLEAR_IDLEF);													 // 2. 清除空闲中断标志
		HAL_UART_DMAStop(&huart1);	 // 3. 清除->空闲->停止DMA		
		len = 128 - hdma_usart1_rx.Instance->CNDTR;
            // 4. 设定的传输长度-剩余传输数量（DMA_CNDTRx）=实际长度
		HAL_UART_Transmit(&huart1, buf, len, 100);
                                    // 5. 数据处理——发送
		HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, buf, 128);
								     // 6. 重新开启DMA
	
	}
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

4、DHT11

查看说明书

DHT11说明书081206.pdf

DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。 其精度湿度±5%RH， 温度±2℃，量程湿度20-90%RH， 温度0~50℃。

DHT11温湿度传感器类似于DS18B20采用一线制通信协议（单总线），所谓“一线制”顾名思义，设备与上位控制器通信使用1根线，这根线同时承担了时钟和数据线的角色。    

硬件上的简单势必会带来软件上的复杂，像一线制通信协议，一般都是上位CPU先发开始、复位等电平信号，然后DHT11发送回应信号，然后再发送对应数据，上位CPU接收电平脉冲信号，连续接收固定的字节，然后再进行解析数据。 

协议分析

       主机先要发送一个至少18ms的低电平，在这个过程中，DHT11内部完成AD转换等操作，当主机拉高后，有20-40us时间，这个时间用于主机做输入输出切换，当主机释放总线控制权（此时主机为输入状态，总线被上拉电阻拉高），DHT11尝试将总线拉低，成功拉低后就开始准备发送数据了，再拉高一次就开始传输数据了。

40位：8湿度整  8湿度小  8温度整  8温度小  8校验和

  1. 读取一位  （函数）
  2. 循环8次（读取一位）
  3. 循环5次第二步的函数
  4. 检验和 = 8湿度整+8湿度小+8温度整+8温度小

查看原理图

代码分析

//设置IO为输入模式
static void DHT11_IO_IN(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}
//设置IO为输出模式
static void DHT11_IO_OUT(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

//复位DHT11      \\起始信号
void DHT11_Rst(void)
{
    DHT11_IO_OUT(); 	//SET OUTPUT  转换成输出模式
    HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); 	
     //拉低DQ
    HAL_Delay(20);    	//拉低至少18ms
    HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);		      
     //拉高DQ
    delay_us(30);     	//主机拉高20~40us
}

//等待DHT11的回应
//返回1:未检测到DHT11的存在
//返回0:存在
uint8_t DHT11_Check(void)
{
    uint8_t retry=0;
    DHT11_IO_IN();//SET INPUT
    while (DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11会拉低40~80us
    {
        retry++;
        delay_us(1);
    };
    if(retry>=100)return 1;
    else retry=0;
    while (!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11拉低后会再次拉高40~80us
    {
        retry++;
        delay_us(1);
    };
    if(retry>=100)return 1;
    return 0;
}

//从DHT11读取一个位
//返回值：1/0
uint8_t DHT11_Read_Bit(void)
{
    uint8_t retry=0;
    while(DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待变为低电平
    {
        retry++;
        delay_us(1);
    }//延时100
    retry=0;
    while(!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待变高电平
    {
        retry++;
        delay_us(1);
    }
    delay_us(40);//等待40us
    if(DHT11_DQ_IN)return 1;
    else return 0;
}

//从DHT11读取一个字节
//返回值：读到的数据
uint8_t DHT11_Read_Byte(void)
{
    uint8_t i,dat;
    dat=0;
    for (i=0; i<8; i++)
    {
        dat<<=1;
        dat|=DHT11_Read_Bit();
    }
    return dat;
}

//从DHT11读取一次数据
//temp:温度值(范围:0~50°)
//humi:湿度值(范围:20%~90%)
//返回值：HAL_OK,正常;1,读取失败
uint8_t DHT11_Read_Data(uint8_t *humiH,uint8_t *humiL,uint8_t *tempH,uint8_t *tempL)
{
    uint8_t buf[5];
    uint8_t i;
    DHT11_Rst();
    if(DHT11_Check()==0)
    {
        for(i=0; i<5; i++) //读取40位数据
        {
            buf[i]=DHT11_Read_Byte();
        }
        if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4])
        {
            *humiH=buf[0];     //湿度高八位，整数位
            *humiL=buf[1];      //湿度低八位，小数位
            *tempH=buf[2];     //温度高八位，整数位
            *tempL=buf[3];      //温度低八位，小数位
        }
    } else
        return HAL_ERROR;
    return HAL_OK;
}

//初始化DHT11的IO口 DQ 同时检测DHT11的存在
//返回1:不存在
//返回0:存在
uint8_t FS_DHT11_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);	
    // 输出高电平
    DHT11_Rst();  //复位DHT11
    return DHT11_Check();//等待DHT11的回应
}

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