STM32 什么情况用ADC + DMA ？（该不该用半传输中断？）

本笔记用 STM32F103C8T6 + MQ-2 烟雾传感器（单通道 ADC）做案例。
讲清楚 3 个核心问题：
① ADC + DMA 用在哪？
② 半传输中断用在哪？
③ 你的场景到底要不要开半传输中断？

---

一、为什么需要 ADC + DMA？

传统 ADC 读取的痛点

最常见的 ADC 读取代码长这样：

HAL_ADC_Start(&hadc1);
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10);   // ★ 阻塞等待转换完成
uint16_t val = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

这个写法的问题：

1. 每次读都要 CPU 干等：HAL_ADC_PollForConversion 内部是 while 循环死等
2. 读多次通道切换时更慢：多通道扫描时每切换一次都要等一次
3. 在 FreeRTOS 任务里读，等于浪费 CPU 时间片：本来这段时间可以干别的

DMA 帮我们做了什么

DMA（Direct Memory Access）是单片机内部一个独立硬件模块，直接和外设打交道、往内存写数据，全程 0 CPU 占用。

配置好 ADC + DMA 后：

ADC 自己持续转换 → DMA 自己持续搬运 → 数据自动填到内存数组
                                      ↓
                                   CPU 想用的时候去数组里读就行

CPU 完全不参与搬运，传感器任务可以睡大觉（osDelay(50)），醒来直接读 RAM。

---

二、ADC + DMA 适合什么场景？

判断口诀

数据"持续地、规则地"流动，且 CPU 不需要逐字节干预 → 适合用 DMA

典型场景

场景	为什么适合
ADC 单通道连续采集	传感器值一直在变，DMA 自动填数组，CPU 读均值即可
ADC 多通道扫描	6 个传感器轮询，DMA 一次搬 6 个值，不用一个个切通道
串口大数据收发	GPS、ESP8266、传感器模块持续吐数据，DMA 替代中断逐字节
SPI 刷大屏 / 读 SD 卡	115KB 的图片，DMA 搬运期间 CPU 可以并行做别的
I2S 音频流	音频本质是连续流，DMA 循环转运天然适配

反例（不适合用 DMA）

• 按键扫描：偶尔的事件，不需要持续搬运
• 温度报警瞬时判断：读一次就够，没必要后台跑
• DHT11 单总线：是数字协议，根本不是 ADC

---

三、半传输中断是什么、用在哪？

先理解"撕裂值"问题（重要！）

DMA 在循环搬运时，CPU 跟 DMA 是并行工作的。设想这个时刻：

DMA 正在写 adc_buf[i] 这个字节
   ↓
CPU 同时读 adc_buf[i]
   ↓
CPU 可能读到 "一半新数据 + 一半旧数据" → 撕裂值

半传输中断怎么解决撕裂

把缓冲区对半切，DMA 每填一半就触发一次中断通知 CPU：

adc_buf[0..3] ←→ adc_buf[4..7]
   前半              后半

时刻 A：DMA 在写前半 → 中断触发 → CPU 去读后半（稳定的）
时刻 B：DMA 在写后半 → 中断触发 → CPU 去读前半（稳定的）

主程序永远只读 DMA 不在写的那一半 → 0 撕裂

判断口诀

单缓冲区被"边写边读"，且数据完整性要求高 → 用半传输中断

半传输中断的典型场景

1. 音频流播放/录制（最经典）→ 这就是乒乓缓冲（Ping-Pong Buffer）
2. 高速连续采集 + 实时信号处理（例如 1024 点 FFT）
3. DMA 写 32 位结构体或多字节数据包（多字节才有撕裂风险）
4. RAM 紧张，没法开双缓冲

---

四、什么情况下没必要用半传输中断？

判断口诀

数据是 16 位/8 位原子读写的 + 做了软件滤波（取均值）→ 不用半传输中断

详细理由

1. F103 的 DMA 配置成 HalfWord（16 位）搬运：

   • 写一个 uint16_t 是总线原子操作（一次搞定）
   • CPU 要么读到旧值、要么读新值，不会读到半新半旧
   • 撕裂根本不会发生

2. 做了多点平均滤波：

   • 单点的偶发跳变会被均值抹平
   • 即使理论上有微小概率撕裂，被平均后也看不出来

我的实际场景（MQ-2 烟雾传感器）

ADC 12 位 → DMA 半字搬运 → 填 adc_buf[8] → 取 4 个点平均

这种场景，半传输中断是教科书正确、工程上多余。直接读整个 8 格取平均，实测看不出差别。

方案	代码量	撕裂风险	适合场景
单缓冲 + 直接读均值	最少	极低	MQ-2 这类
单缓冲 + 半传输中断	多 2 个回调 + 1 个标志	理论 0	数据完整性敏感
DMA 双缓冲	最复杂	0	音频/视频流

---

五、代码示例

5.1 最简版（推荐新手）：仅 DMA + 直接读平均

/* adc.c */
volatile uint16_t adc_buf[8];

void ADC_DMA_Start(void)
{
    HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buf, 8);
}

/* MQ_2.c */
uint16_t MQ2_GetADCValue(void)
{
    uint32_t sum = 0;
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) sum += adc_buf[i];
    return (uint16_t)(sum / 8);
}

5.2 完整版：DMA + 半传输中断

/* adc.c */
#define ADC_BUF_SIZE  8
volatile uint16_t adc_buf[ADC_BUF_SIZE];
volatile uint8_t  adc_half_ready = 0;   /* 0=后半就绪, 1=前半就绪 */

void ADC_DMA_Start(void)
{
    HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buf, ADC_BUF_SIZE);
}

/* 半传输完成 - DMA 刚填完前半 */
void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    if (hadc->Instance == ADC1) { adc_half_ready = 1; }
}

/* 全传输完成 - DMA 刚填完后半 */
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    if (hadc->Instance == ADC1) { adc_half_ready = 0; }
}

/* MQ_2.c — 从 DMA 不在写的那一半读取 */
uint16_t MQ2_GetADCValue(void)
{
    uint32_t sum = 0;
    uint16_t half_idx = (adc_half_ready == 1) ? 0 : 4;
    for (uint8_t i = 0; i < 4; i++) sum += adc_buf[half_idx + i];
    return (uint16_t)(sum / 4);
}

---

六、几个易踩的坑

坑 1：变量忘加 volatile

凡是 DMA / 中断 / 其他任务访问的变量，必须 volatile

volatile uint16_t adc_buf[8];   /* DMA 写,CPU 读 */
volatile uint8_t  adc_half_ready;  /* 中断写,主程序读 */

不加 volatile，编译器优化时可能缓存到寄存器，CPU 读到永远不变的旧值。

坑 2：CubeMX 不生成启动代码

HAL_ADC_Start_DMA() 不会自动加，要自己在 USER CODE 区域调用。

坑 3：clock 警告

Generate Code 时报 Clock not configured 警告：

• 进 Clock Configuration 页面
• 把 ADC Prescaler 设 /6（72/6 = 12MHz，F103 的 ADC 必须 ≤ 14MHz）
• HCLK = 72 MHz（F103 上限）

坑 4：误以为半传输中断万能

• 单字节/半字原子读写 → 撕裂不会发生
• 多次采样 + 取均值 → 跳变被抹平
• 新手不要被半传输中断的"高级感"迷惑，简单场景直接读平均就够了

坑 5：DMA 跟 RTOS 调度没关系

DMA 是独立硬件，不占用 CPU，不会被任务调度打断。任务优先级、FreeRTOS tick，对 DMA 通通没影响。

---

七、对比总结表

方案	实现难度	撕裂风险	适用场景
HAL_ADC_PollForConversion 阻塞读	★ 最简单	—	临时读一次，不在意 CPU 占用
仅 DMA + 直接读均值	★★ 简单	极低（可忽略）	★ 单通道 ADC + 滤波推荐
DMA + 半传输中断	★★★ 中	理论 0	数据完整性敏感、单缓冲边写边读
DMA 双缓冲	★★★★ 难	0	音频/高速采集/实时信号处理

---

八、一句话记住

ADC + DMA 解决"持续搬运 0 CPU 占用"
半传输中断解决"单缓冲边写边读的撕裂"
单点采样 + 平均滤波的场景，两者都不必纠结，直接读数组就行

---

附录：volatile 和 const 的区别（顺手记一下）

关键字	本质	典型位置
普通变量	可读写 + 可优化	RAM
const（全局）	只读	全局 const 会被编译器放进 Flash 省 RAM
const（局部）	只读	栈 RAM
volatile	每次从内存读，不缓存优化	RAM（状态变量）/ 外设寄存器

口诀：const 的值"永远不变"，volatile 的值"会被外部改，每次都得重新读"。

---

笔记完成日期：2026-06-27
测试硬件：STM32F103C8T6 + MQ-2 烟雾传感器 + ST7789 LCD
开发环境：STM32CubeMX + Keil MDK-ARM + FreeRTOS