本文将借助STM32CubeMX来配置ADC、DMA、DAC、USART，并利用PID位置式算法实现对输出电压进行AD采集通过PID算法调节DAC，获取到我们想要的电压值。
讲解的主要知识：
, @: s, j, {& i7 ]1.何为PID以及为何需要PID
$ o+ U3 ~  Q) d$ m2.STM32CubeMX创建
3.STM32源代码
1、何为PID以及为何需要PID
  以下是PID控制的整体框图，过程描述为：设定一个输出目标，反馈系统传回输出值，如与目标不一致，则存在一个误差，PID根据此误差调整输入值，直至输出达到设定值。
% t* g4 r( D, R) X$ v# E
; t* q$ G2 S4 U; H& `" d4 [1 u/ }  疑问：那我们为什么需要PID呢？比如我想要利用DAC输出一个1.65V电压，直接输出不就可以了吗？

  这里必须要先说下我们的目标，因为我们所有的控制无非就是想输出能够达到我们的设定，即如果我们设定了一个目标电压值，那么我们想要一个什么样的电压值变化呢？

, H8 q. V9 T9 `1 O  比如设定目标电压值为1.65V，目标无非是希望其能够快速而且没有抖动的达到1.65V。
+ ~; g/ ^. m0 {6 R! W. r  t' l
( ]- {% s2 O0 a2 J0 r: G( [# M  那这样大家应该就明白，如果只是使用DAC输出一个数字信号，外界出现的误差（例如导线、噪声等原因）都可能影响到最终输出的数值，因此我们需要利用PID调节最终读取到我们想要的值。
; W& I; O) u/ _8 K1 H7 i2 o2 M3 J
% C, [6 ^4 H6 c% j: g, Y3 E6 o; X# L
5 @- ?3 N9 c- h/ u
4 l! x5 g* E2 M& ~; Z: _+ s5 zEg：要求输出1.65V，控制输出1.65V，其实得到的是1.6V，如果控制输出1.68V，那么可能可以得到1.65V，其实就是缩减目标与实际之间的误差。

2、STM32CubeMX配置：
' z7 ~! j7 K+ {1 D1 F, ^1 F2.1 所用工具：

, \+ }" B) ]' t; A0 y% p4 H+ k" g. f芯片：STM32F103RCT6
IDE：MDK-Keil软件
STM32F1xxHAL库

/ [% h* m; Q- ~* y6 C, k5 n) L" d2.2 知识概括：
  r+ Q* z' a+ A2 P
% n4 ~4 K$ h5 hSTM32CubeMX创建ADC、DMA、DAC、USART例程
Keil软件程序编写
  w' T: ?8 s6 k% B( _# o- P" p2 K
2.3 工程创建

1、芯片选择
9 ^/ M8 V' G4 a# S/ R  芯片：STM32F103RCT6（根据自己的板子来进行选择）

' n3 ?9 N3 Z) j2 g" ?- w

2、设置RCC
3 S' ^9 N& a' W/ t; [9 X* l  c1 b7 k( v  设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源

4 E2 F' f) S* ^% C

3、设置ADC引脚
, r! |1 v0 P" |- H4 h) F  ADC1通道0即PA0，开启连续转换模式，转换周期：55.5Cycles





+ _3 L: }0 G! U- ?( g9 z) I4、ADC利用DMA传输
- d3 _9 O* v# s" U, h  设置DMA传输模式：循环传输（有数据就传输），同时设置高优先级


8 I/ z+ v$ x- h* ], J* k( i( t7 k
5、开启DAC输出
; X) W+ T5 m! s0 B

  T6 H! A( V) ~  a( m  r9 f, o& j
; v) l  k  w" i. s) |5 A6、开启USART1
! M/ R% f! G$ @' ?( e  设置异步通信，波特率115200Bits/s
$ Q% t- W8 o: J2 w% F7 S

0 g3 _( }0 a* \% _! n6 b
7、配置时钟
) m) e9 h  B% x) `  F1系列芯片系统时钟为72MHzs
8 C( Y7 K: T7 j: V4 q: s


+ B8 \+ i0 w  N8、项目创建最后步骤
% G6 N0 \& c6 T4 _+ n+ \1 H
# v  M' i' C0 o; H设置项目名称
设置存储路径
, w" B' }: Y7 H4 p4 |( {选择所用IDE

* |" J) i$ e0 U) o
3 F. J& J# L) I6 u* i$ X
9、输出文件
9 |5 t/ Q- T2 U! P, B& u
②处：复制所用文件的.c和.h
③处：每个功能生产独立的.c和.h文件

" g: A! ?# z% R  k; ?
% |7 ^. d/ |2 E, G$ ]9 ]
10、创建工程文件
  点击GENERATE CODE 创建工程

11、配置下载工具
  这里我们需要勾选上下载后直接运行


2 T9 j0 R+ p/ d6 N; r/ P9 B
3、STM32源代码：
7 r4 ]( ~4 U: X3 f* ~  首先编写pid.c与pid.h文件代码，这里编写的是pid位置式算法。
0 L# E, ~+ j2 B- E（1）pid.h

! L/ i1 c6 q' }) D$ C0 E

1. #ifndef __PID_H__
   
2. #define __PID_H__
   - \7 [/ |7 D, p8 m
3. #include "main.h"
   
4. 
   8 N' J! R' R& P/ L4 @
5. typedef struct
   ( z0 }/ `+ L% t4 I: d& H. [
6. {
   2 }9 r* X& ]7 L' e+ k1 `7 P
7.     float SetVoltage;                  //定义设定值
   ( ?, [! h* u* o5 z, I/ B" N7 q% F
8.     float ActualVoltage;        //定义实际值
   
9.     float err;                            //定义偏差值
   
10.     float err_last;                          //定义上一个偏差值
    
11.     float Kp,Ki,Kd;                          //定义比例、积分、微分系数
    
12.     float result;                    //pid计算结果
    6 L+ P. H* V' S3 N7 y. C# q
13.     float voltage;                          //定义电压值（控制执行器的变量）0-5v右转 5-10v左转
    $ I8 U, n3 f2 P. C# I' {( o5 n1 J
14.     float integral;                          //定义积分值
    ' p' I2 j8 l# q* |  M
15. }pid_p;
    ( i: A5 d$ I& M+ v
16. 
    & m1 j: i/ n% @; G
17. void PID_init( void);
    6 ?$ d; ~+ A; {9 L. n2 l
18. float PID_realize( float v, float v_r);
    
19. 
    
20. #endif

复制代码

（2）pid.c
( J% F- d4 B( C2 d4 v

1. #include "pid.h"
   
2. #include "stdio.h"
   
3. 
   / f! i9 g. T/ y9 q# @/ ~2 K
4. pid_p pid;
   
5. 
   ! G7 i* k; I& }0 K9 y4 r" w
6. //pid位置式
   5 K! X$ W; c2 {1 ~1 f
7. void PID_init()
   ' T0 [8 y* P, j; I* |- p1 U1 H8 a
8. {
   " u5 q8 }5 J$ r7 {) Y, w. A0 n
9.     printf("PID_init begin \n");
   
10.     pid.SetVoltage= 0.0;                          // 设定的预期电压值
    
11.     pid.ActualVoltage= 0.0;                        // adc实际电压值
    
12.     pid.err= 0.0;                                    // 当前次实际与理想的偏差
    
13.     pid.err_last=0.0;                            // 上一次的偏差
    ( p- ^3 b0 i( b) r7 |" i8 o
14.     pid.voltage= 0.0;                            // 控制电压值
    
15.     pid.integral= 0.0;                                  // 积分值
    7 o$ C* [- e: `- g, H
16.     pid.Kp= 0.2;                                    // 比例系数
    
17.     pid.Ki= 0.15;                                    // 积分系数
    ( m4 [# A* m/ S: [0 u
18.     pid.Kd= 0.2;                                    // 微分系数
    9 d9 x1 s. X& Y5 b  j1 u. r' Y
19.     printf("PID_init end \n");
    ; [5 s* _1 X" T# g
20. }
      `0 {8 L$ E- c
21. 
    % w0 s+ X/ l$ L* U( L, t
22. float PID_realize( float v, float v_r)
    8 ]0 T; K- W+ K- ^
23. {
    
24.     pid.SetVoltage = v;                        // 固定电压值传入
    
25.     pid.ActualVoltage = v_r;        // 实际电压传入 = ADC_Value * 3.3f/ 4096
    : N0 C5 x9 {. d, Y, C$ N
26.     pid.err = pid.SetVoltage - pid.ActualVoltage;        //计算偏差
    % [  V. t1 W3 \5 X5 P
27.     pid.integral += pid.err;                                                //积分求和
    
28.     pid.result = pid.Kp * pid.err + pid.Ki * pid.integral + pid.Kd * ( pid.err - pid.err_last);//位置式公式
    * Q+ a0 T4 o6 h" b: ]0 p+ h2 [1 Q
29.     pid.err_last = pid.err;                                //留住上一次误差
    ! @  D6 I! J- o; D4 f  \6 O
30.     return pid.result;
    7 u' q" b& S7 Q/ k) v! x- U+ O/ p
31. }

复制代码

. J7 N9 y$ h" }, @0 \  w) y（3）在main.c加上：
* d8 o% R8 r- B2 O
7 l; j, y" w1 T2 @- ?& G. C

1. /* USER CODE BEGIN Includes */
   ) W! [5 q4 D. I# |
2. #include "stdio.h"
   
3. #include "pid.h"
   8 a' ~2 Y3 v1 i" ~8 D4 m5 r" N
4. /* USER CODE END Includes */

复制代码

1. /* USER CODE BEGIN PD */
   5 P& I. o0 ]$ A; l8 {
2. #define ADC_Channel_MAX 2
   ) l: l1 T* ?9 w& N2 Y3 S
3. /* USER CODE END PD */

复制代码

1. /* USER CODE BEGIN PV */
   
2. uint16_t ADC_DMA_Value[ADC_Channel_MAX];  // DMA得到ADC的值
   3 G' Q# k3 \4 @6 @5 N
3. uint16_t ADC_Value = 0;
   , d6 m! z8 @7 }! y; X+ D5 ]
4. uint16_t DAC_Value = 100;
   
5. /* USER CODE END PV */

复制代码

1. /* USER CODE BEGIN 0 */
   ' C1 ~6 Z" ~% o. Z* L* K, U
2. /**
   3 n( p% ]5 n' O
3.   * 函数功能: 重定向c库函数printf到DEBUG_USARTx
   ( r( Y3 {+ [+ _  g; M
4.   * 输入参数: 无
   1 k& t* q- h4 L
5.   * 返 回 值: 无
   ( {" N7 _0 O3 o8 Q7 a* e
6.   * 说    明：无
   $ ^9 D$ [, B* K2 w) [. p' ~
7.   */
   5 e4 f0 t2 _  L) f$ ]  H
8. int fputc(int ch, FILE *f)
   9 _$ a% I- ^1 y  ^1 v( `% K
9. {
   
10.   HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
    
11.   return ch;
    
12. }
    
13. 
    
14. /**
      F& w! N) l7 x4 z7 I  p
15.   * 函数功能: 重定向c库函数getchar,scanf到DEBUG_USARTx
    
16.   * 输入参数: 无
    5 E( [( u$ U$ a& O2 j+ }1 o
17.   * 返 回 值: 无
    
18.   * 说    明：无
    
19.   */
    
20. int fgetc(FILE *f)
    
21. {
    : ]6 Y( ~8 b1 G$ t/ B
22.   uint8_t ch = 0;
    * }9 X% B0 w1 S, O" Z
23.   HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
    
24.   return ch;
    
25. }
    
26. /* USER CODE END 0 */

复制代码

- a# {5 k- O5 q  O. c" j（4）在ADC初始化之后加上AD校准函数：

1.   /* USER CODE BEGIN 2 */
   
2.   HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);  // f1系列需要ADC校准，f4不需要
   
3.   HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1,(uint32_t *)&ADC_DMA_Value,ADC_Channel_MAX); // 启动ADC的DMA转换
   # z0 c! Z* [* o0 `) t0 l4 x" f
4.   PID_init();
   ) V2 F6 e6 t7 s- Z1 S
5.   /* USER CODE END 2 */

复制代码

（5）while中加上：
4 [/ T8 B# S' `/ Z5 Q: Y( q; ?* }: F

1.       HAL_DAC_SetValue(&hdac, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, DAC_Value); // 设置DAC数值
     g( b) c6 r( _9 ?: z
2.           HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1);   // 开启DAC输出
   
3.           ADC_Value = ADC_DMA_Value[0];
   
4.           printf("%0.2f\r\n", ADC_Value*3.3/4096);
   
5.           // 这里设置输出1.65V
   0 Y8 b) l2 p$ `) l3 ]
6.           DAC_Value = DAC_Value + PID_realize(2048, ADC_Value);
   
7.           HAL_Delay(100);

复制代码

( \" E* C8 Z- \8 p4 n3 [7 T（6）用一根杜邦线连接PA0（ADC1_IN0）与PA4（DAC），然后串口连接电脑（我这里利用USB转TLL连接电脑，RX接PA9（USART1_TX），TX接PA10（USART1_RX））

（7）之后就可以完成正常读取，刚打开串口时：

（8）PID调节稳定后（DAC输出1.65V）：


总结：
  以上就是利用PID调节控制获取我想要设定的电压值。
. O) B- X7 B" d. }! ]9 I3 M
& ?3 q: U" |0 `: Z