使用PWM触发ADC和DMA-M2M加速CCD摄像头读取

王昱顺 发表于 2024-8-30 14:45:44

本帖最后由王昱顺于 2024-8-30 15:12 编辑

使用PWM触发ADC和DMA-M2M加速CCD摄像头读取
CCD摄像头，就是只有一行像素的摄像头。因为可以获得的信息相对正常的数字摄像头较少。所以极限的传输速度也就可以变得更快。
所以，应该如何利用好STC的硬件外设和DMA功能来加速这一个过程呢？
首先需要讲解的就是PWM触发ADC功能，这个功能仅适用于PWMA组的PWM管脚。通过设置PWMA_CR2，即可设定对应的通道来启动ADC功能。那么，这种读取方式相对于普通的IO翻转读取有什么好处呢？最重要的就是不会堵塞其他任务的进行，因为使用IO读取的时候，通常都是使用一个for循环。来将所有的ADC输入存入一个图像数组中。在这个for循环中，其他的代码其实无法运行的。这就对执行效率产生了极大的浪费。所以，我们可以使用PWM触发ADC+ADC中断存储图像数据的方式。file:///C:/Users/Administrator/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg这里我使用的是比较脉冲作为PWM的TRGO（触发输出），来触发ADC。也就是说，除了可以通过设置PWM的周期来确定ADC采样的频率以外，还可以通过设置PWM输出的CCR寄存器来偏移ADC采样点，以避免掉噪声和获得更稳定的ADC数据信息。
经过上面的改进，此时的CCD采样已经可以避免掉长时间的代码执行时间占用问题了。但是采样-处理这个过程中的处理时间仍然占用了相当大的一部分时间。所以，接下来介绍的就是使用了双缓冲技术的图像读取，并且通过DMA-M2M实现了图像缓冲区和实际的图像操作区域隔离。先来看一段代码：
adc.c文件#include"./H_Group/adc.h"
u16xdata adc_tmp = {0};
u16xdata ao_1 = {0};
u16xdata ao_2 = {0};
bitADC_Num = 0; // 标识当前操作的ADC缓冲区
bitOUT_Flag = 0; // 标识输出缓冲区是否被操作
u16ADC_Cnt = 0; // ADC缓冲计数
bitADC_Finish = 0; // 成功置1
voidStart_Get_Image(void)
{
PWMA_CR1 &= ~0x01; // 暂时关闭PWMA
PWMA_CNTRH = 0x00;
PWMA_CNTRL = 0x00; // 计数清零
PWMA_ENO = 0x00; // 关闭PWMA端口输出
CCD_CLK = 1;
CCD_SI = 0;
CCD_CLK = 0;
CCD_SI = 1;
CCD_CLK = 1;
CCD_SI = 0;
CCD_CLK = 0;
ADC_START = 1;
PWMA_ENO = 0x01; // 使能输出，小脉冲
ADC_Cnt = 0;    // 从零开始计数
ADC_Num = ~ADC_Num; // 取反标志位
// 判断标志位，启动M2M
if (OUT_Flag == 0)
{
   // 空闲状态才允许开始搬运
   DMA_M2M_CFG = 0x80; // r++ = t++
   DMA_M2M_STA = 0x00;
   DMA_M2M_AMT = 0xff; // 设置传输总字节数256
   if (ADC_Num)
   {
         DMA_M2M_TXAH = (u8)((u16)&ao_2>> 8);
         DMA_M2M_TXAL =(u8)((u16)&ao_2);
   }
   else
   {
         DMA_M2M_TXAH = (u8)((u16)&ao_1>> 8);
         DMA_M2M_TXAL =(u8)((u16)&ao_1);
   }
   DMA_M2M_RXAH = (u8)((u16)&adc_tmp>> 8);
   DMA_M2M_RXAL = (u8)((u16)&adc_tmp);
}
DMA_M2M_CR = 0xc0; // bit7 1:使能 M2M_DMA, bit6 1:开始 M2M_DMA 操作
PWMA_CR1 |= 0x01;// 启动PWMA定时器计数
}
voidM2M_DMA_Interrupt(void) interrupt 47
{
if (DMA_M2M_STA & 0x01) // 发送完成
{
   DMA_M2M_STA &= ~0x01;
   OUT_Flag = 1; // 标识M2M一次操作完成，等待图像处理完成后置0
}
}
voidADC_Isr(void) interrupt 5
{
ADC_FLAG = 0;
if (ADC_Cnt >= 128)
{
   PWMA_CR1 &= ~0x01; // 暂时关闭PWMA
   Start_Get_Image(); // 直接开始下一帧的获取
}
else
{
   if (ADC_Num)
         ao_1 = ((u16)ADC_RES<< 8 | ADC_RESL);
   else
         ao_2 = ((u16)ADC_RES<< 8 | ADC_RESL);
   ADC_Cnt++;
}
}
这部分代码便是ADC.c中的全部程序。其中，ao_1和ao_2为读取的缓冲区，通过ADC_Num切换使用哪个缓冲区来读取。ADC_Cnt为进入中断的计数，通过计数溢出来切换缓冲区的使用。同时，在下一帧获取起始前，会对空闲的缓冲区进行DMA-M2M复制，以保护读取缓冲区不与图像处理冲突，图像处理通过OUT_Flag进行保护，仅在执行完图像处理后，才允许M2M操作，以防止存储混乱。这样，只需要保证一帧的时间内，可以完成一帧的图像处理和一帧的图像复制。即可让图像读取变得稳定且连续。

DebugLab 发表于 2024-9-24 17:39:19

wnagming 发表于 2024-8-30 22:32
CCD摄像头为什么只有一行？我看网上的CCD也能拍图形啊？

线阵CCD

ANop 发表于 2025-7-3 10:13:53

想问一下，AI8051，然后我用的这个ccd是需要四个PWM周期触发一次ADC，目前看到说是可以用更新事件触发，但我不知道代码写的对吗，有没有什么调试方法可以查看这个PWM触发过程吗（手上现在有STC家的仿真器，但不知道怎么看{:4_171:}）
void PWM_config(void)
{
PWMA_CCER1 = 0x00; //写 CCMRx 前必须先清零 CCxE 关闭通道
PWMA_CCER2 = 0x00;

PWMA_CCMR4 = 0x60; //设置 PWM4 模式1 输出

PWMA_CCER1 = 0x55; //配置通道输出使能和极性
PWMA_CCER2 = 0x55;//使能 CC4E 通道, 低电平有效

   PWMA_CCMR4 |= 0x08;

PWMA_ARRH = 0x00; //设置周期时间
PWMA_ARRL = 0x14;//0x28;
PWMA_CCR4H = 0;
PWMA_CCR4L = 10; //设置占空比时间

//       // 配置触发输出(TRGO)为OC4REF信号（CCR比较事件）
// PWMA_CR2 |= 0x20; // MMS = 010b → OC4REF作为触发输出

PWMA_PS = 0x00;//高级 PWM 通道 4N 输出脚选择位, 0x00:P1.7, 0x40:P0.7, 0x80:P2.7
PWMA_ENO |= 0x40; //使能 PWM4N 输出

//    // 配置中断控制寄存器，设置4周期中断
PWMA_DTR = 0x00; // 死区时间设置为0
PWMA_RCR = 0x03; // 重复计数寄存器设为3，每(3+1)=4个周期触发一次更新事件
      // 配置触发输出(TRGO)为更新事件
   PWMA_CR2 &= ~(0x70);// 先清除 MMS 位
PWMA_CR2 |= 0x20; // MMS = 000b → 选择更新事件作为触发输出

PWMA_BKR = 0x80; //使能主输出
//PWMA_IER = 0x10; //使能中断
PWMA_CR1 |= 0x81;//使能ARR预装载，开始计时
}

////////////////////////////////////////
// ADC中断服务程序
// 入口参数: 无
// 函数返回: 无
////////////////////////////////////////
void ADC_ISR(void) interrupt ADC_VECTOR
{
//<<AICUBE_USER_ADC_ISR_CODE1_BEGIN>>
// 在此添加中断函数用户代码
ADC_ClearFlag();                //清除ADC转换完成中断标志
      fADCConverted = 1;                //设置转换结束标志
   if(ADC_Read_flag==1)
   {
            pu8ADCDMABuffer = (u16)ADC_RES * 256 + (u16)ADC_RESL;    //读ADC结果
         ADC_time = (ADC_time >= 1546) ? 0 : ADC_time + 1;
            ADC_Read_flag = (ADC_time >= 1546) ? 0 : 1;
   //if(ADC_Read_flag= 0) PWMA_BKR &= ~0x80;
   }


//<<AICUBE_USER_ADC_ISR_CODE1_END>>
}

////////////////////////////////////////
// ADC初始化函数
// 入口参数: 无
// 函数返回: 无
////////////////////////////////////////
void ADC_Init(void)
{
   //开启ADC电源
   ADC_POWER = 1;
ADC_SetClockDivider(0);          //设置ADC时钟
ADC_ResultRightAlign();          //设置ADC结果右对齐(12位结果)
ADC_DisableRepeatConv();          //关闭ADC自动重复转换功能

ADC_SetCSSetupCycles(0);          //设置ADC通道选择建立时间
ADC_SetCSHoldCycles(1);          //设置ADC通道选择保持时间
ADC_SetSampleDutyCycles(9);       //设置ADC通道采样时间

//启用PWM触发模式
ADC_EnablePWMTrig();
ADC_EnableETR();                //禁止ADC外部触发功能
   ADC_ETRFalling();

ADC_SetIntPriority(1);          //设置中断为较低优先级
ADC_EnableInt();                //使能ADC中断
fADCConverted = 0;                //初始化转换结束标志

ADC_ActiveChannel(11);          //选择ADC通道
ADC_Enable();                   //使能ADC功能

//<<AICUBE_USER_ADC_INITIAL_BEGIN>>
// 在此添加用户初始化代码
//<<AICUBE_USER_ADC_INITIAL_END>>
}

王昱顺 发表于 2025-7-3 11:38:25

ANop 发表于 2025-7-3 10:13
想问一下，AI8051，然后我用的这个ccd是需要四个PWM周期触发一次ADC，目前看到说是可以用更新事件触发，但 ...

可以看一下这个仿真教程
https://www.stcaimcu.com/forum.php?mod=viewthread&tid=3488&highlight=%E4%BB%BF%E7%9C%9F&page=1&extra=#pid23022
或者技术手册里面也有第二章的教学内容。
使用仿真的单步就可以观察是否是跟随触发了。或者直接使用IO电平反转的方式，然后用示波器测量外部管脚进行观察

ANop 发表于 2025-7-3 14:39:54

王昱顺发表于 2025-7-3 11:38
可以看一下这个仿真教程
https://www.stcaimcu.com/forum.php?mod=viewthread&tid=3488&highlight=%E4%BB ...

嗯呢嗯呢好了，感谢{:4_197:}{:4_197:}

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