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。
: O. N! Y% i2 k6 P$ J: f讲解的主要知识：
1.何为PID以及为何需要PID
& i0 Y1 `+ f" w9 {+ C2.STM32CubeMX创建
3.STM32源代码
1、何为PID以及为何需要PID
7 _' r# B7 i8 L3 o) X  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。
8 M0 F# M( p" m' A, K
$ v3 V3 J  g3 Y& a) w  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？
" U; Y4 u1 U3 Z
3 P  I( _3 F% ?; Z0 @7 N  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？
) l" q& e# w9 }+ P  E  w4 o3 Y) n
  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。
1 o7 s9 A$ Y" w$ Z3 n
  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。
5 U& q) @& a" Y- j0 h: D

* y8 |+ M4 [; n- O) D3 t  p3 v
; _$ e! m5 W' ?- {% G4 [  Y+ d) ?Eg：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：
2.1 所用工具：

芯片：STM32F103RCT6
IDE：MDK-Keil软件
7 I8 ]+ H% u' k+ }5 |; n. BSTM32F1xxHAL库
1 W  N) Q( h/ k* E4 r
5 J5 B1 W" m# o* |# C- ^2.2 知识概括：
3 ]; H& I5 V1 s7 P5 h: r/ J) l
% A' h) B" l. a' _6 pSTM32CubeMX创建ADC、DMA、DAC、USART例程
Keil软件程序编写

, l4 c4 ^: `; H6 L6 b( ?/ o2 _2 a2.3 工程创建

  E' a8 K. D" J- h3 _' v0 r+ l1、芯片选择
' ?$ d) y$ ]8 F  芯片：STM32F103RCT6（根据自己的板子来进行选择）



2、设置RCC
5 Y* {* c+ F' ~. j7 `  设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源
+ S5 [8 a4 q& A, H7 ?
) O! L6 w* B% X
; N' V9 y7 j4 A- X* P# I2 `! v
: H0 T4 \: f) u% |5 a3、设置ADC引脚
  ADC1通道0即PA0，开启连续转换模式，转换周期：55.5Cycles
6 {; Y& N9 h8 @( {

8 p3 p  s; P1 H- Z& v: q6 ^2 S
2 v8 s7 s4 |* B" y# I  ~
9 P, H% |1 w* a* e5 z7 `$ K
3 Y" N* @: k0 Z, Z4、ADC利用DMA传输
  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

1 |* t8 H4 P$ s. Z" q
  k" S4 M( o* V  |
6 H& t7 H& H) d2 {$ Y, Z5、开启DAC输出



6、开启USART1
  设置异步通信，波特率115200Bits/s

: t6 Y% i' n% h. Y
0 e+ w, @' ~- p7 N
7、配置时钟
  F1系列芯片系统时钟为72MHzs

0 A$ w9 X: i2 j# p# O

$ j2 [; m: Z8 z  `/ m8、项目创建最后步骤
1 M( {* K& v1 B
设置项目名称
# F9 E. v9 K9 M% ^0 K1 U  E设置存储路径
选择所用IDE
+ _6 E0 S3 w( [, j) F
% `, [5 E$ a3 W5 H1 e
/ `4 r5 h, @5 v% l$ K& q: r
9、输出文件

: q3 y. I$ L7 }$ ^& D②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
" `0 m; t7 I* L% s
4 A. i( a% j$ I9 }

10、创建工程文件
  点击GENERATE CODE 创建工程

11、配置下载工具
# ?: z+ x( p1 |+ A1 E( {  这里我们需要勾选上下载后直接运行

8 a7 {0 L: e6 N7 a: [* _0 [5 x
/ x& t: z$ j3 N- ]
3、STM32源代码：
% E! C* Q1 {7 [  a9 U  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。
（1）pid.h

1. #ifndef __PID_H__
   
2. #define __PID_H__
   
3. #include "main.h"
   
4. 
   
5. typedef struct
   
6. {
   
7.     float SetVoltage;                  //定义设定值
   
8.     float ActualVoltage;        //定义实际值
   ' j8 m$ @5 @2 d' G9 e
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
    ! x9 l9 Y* ^8 b) {5 E$ V8 A+ f2 R. t. S
13.     float voltage;                          //定义电压值（控制执行器的变量）0-5v右转 5-10v左转
    
14.     float integral;                          //定义积分值
    7 E4 h0 Q6 M2 O) K: G7 y
15. }pid_p;
    
16. 
    # f2 b! R9 S: G1 f4 s' n- A
17. void PID_init( void);
    
18. float PID_realize( float v, float v_r);
    : }5 i0 ?3 e* x7 Z
19. 
    
20. #endif

复制代码

2 _) j1 U7 d7 L2 N% X4 p
（2）pid.c
) d- D" m/ b: V1 V

1. #include "pid.h"
   
2. #include "stdio.h"
   . e3 F. Y# l* v" R4 m. Q- E" f0 k
3. 
     E% l, o  n: |' Z/ K- ~$ N
4. pid_p pid;
   
5. 
   
6. //pid位置式
   & `8 c' d1 M) p! i8 o: |
7. void PID_init()
   
8. {
   ( {3 _( \+ `2 E& o8 F& t! o0 o
9.     printf("PID_init begin \n");
   4 @- {. Y7 c( f8 K8 [- \+ I' [. e
10.     pid.SetVoltage= 0.0;                          // 设定的预期电压值
    
11.     pid.ActualVoltage= 0.0;                        // adc实际电压值
    ( p8 N5 d. A+ W9 o/ o/ j4 Y8 Q: C
12.     pid.err= 0.0;                                    // 当前次实际与理想的偏差
    + `' z* A; @3 |
13.     pid.err_last=0.0;                            // 上一次的偏差
    1 D0 s+ E7 E( c5 a3 s! `
14.     pid.voltage= 0.0;                            // 控制电压值
    
15.     pid.integral= 0.0;                                  // 积分值
    
16.     pid.Kp= 0.2;                                    // 比例系数
    5 i+ A' J% `# Z' N( o& A  h
17.     pid.Ki= 0.15;                                    // 积分系数
    
18.     pid.Kd= 0.2;                                    // 微分系数
    ! y- I. I1 @  s! D- O6 [- W  k, q
19.     printf("PID_init end \n");
    
20. }
    7 F* ^. A% T+ f5 H+ x- \( s- M* W! V
21. 
    / [- e5 ]4 R2 p: a# z. T* W" w' ^
22. float PID_realize( float v, float v_r)
    
23. {
    ! m5 m+ N" x" ?
24.     pid.SetVoltage = v;                        // 固定电压值传入
    5 [% o8 S  I% b4 ]; ~) A- b/ x
25.     pid.ActualVoltage = v_r;        // 实际电压传入 = ADC_Value * 3.3f/ 4096
    
26.     pid.err = pid.SetVoltage - pid.ActualVoltage;        //计算偏差
    " I- H1 F7 @4 Z/ U: H/ }4 U7 i1 y
27.     pid.integral += pid.err;                                                //积分求和
    ( Q/ E; p7 u! e  o# e/ g* n/ E( E
28.     pid.result = pid.Kp * pid.err + pid.Ki * pid.integral + pid.Kd * ( pid.err - pid.err_last);//位置式公式
    . }& |9 L" b" B& r
29.     pid.err_last = pid.err;                                //留住上一次误差
    
30.     return pid.result;
    
31. }

复制代码

, V; Y0 z3 [# L8 H" S6 l" d（3）在main.c加上：
9 a9 C# g+ K+ B- t7 A2 N
; g/ a% O: L# ]# e, y

1. /* USER CODE BEGIN Includes */
   
2. #include "stdio.h"
   
3. #include "pid.h"
   
4. /* USER CODE END Includes */

复制代码

1. /* USER CODE BEGIN PD */
   
2. #define ADC_Channel_MAX 2
   
3. /* USER CODE END PD */

复制代码

1. /* USER CODE BEGIN PV */
   7 g5 |, u( o( [' }. ~
2. uint16_t ADC_DMA_Value[ADC_Channel_MAX];  // DMA得到ADC的值
   6 Q: r' u1 B3 I  X% C1 Z
3. uint16_t ADC_Value = 0;
   5 r# V0 b! o& U+ P6 r" j
4. uint16_t DAC_Value = 100;
   3 K" W, g. H+ A3 R/ T
5. /* USER CODE END PV */

复制代码

1. /* USER CODE BEGIN 0 */
   / s& k( p4 M; S$ W) Z) O
2. /**
   
3.   * 函数功能: 重定向c库函数printf到DEBUG_USARTx
   , z  Q' Y9 M* W! t7 H1 n
4.   * 输入参数: 无
   ' w8 L& S) f( N7 f- W; t" y& q" b# k" J
5.   * 返 回 值: 无
   " N$ m/ N$ b5 i6 s  ]6 E
6.   * 说    明：无
   
7.   */
   
8. int fputc(int ch, FILE *f)
   
9. {
   
10.   HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
    
11.   return ch;
    
12. }
    
13. 
    0 {& k( U* |; E# D, X, r$ K
14. /**
    9 v! V( Y; k, u  h% }$ A
15.   * 函数功能: 重定向c库函数getchar,scanf到DEBUG_USARTx
    
16.   * 输入参数: 无
    
17.   * 返 回 值: 无
    ; M" q( P9 c6 a6 O% b, E1 V% W) B
18.   * 说    明：无
    # g+ q/ y  t+ r: O+ a2 t  f0 d2 D7 ]
19.   */
    / d. q6 c, V; F0 _. G
20. int fgetc(FILE *f)
    
21. {
    
22.   uint8_t ch = 0;
    
23.   HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
    5 Q, {2 m# Z. Q6 w. O6 c3 J% f  W  y
24.   return ch;
    - q# q' [% G1 n+ d( s0 Y
25. }
    
26. /* USER CODE END 0 */

复制代码

（4）在ADC初始化之后加上AD校准函数：
: C  c9 q3 ^+ h% U* w% ^4 I4 Z0 d
- q4 z; w: f$ d/ _/ ?; V% \1 s

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
   
4.   PID_init();
   
5.   /* USER CODE END 2 */

复制代码

（5）while中加上：
5 f8 a, j1 ?' c5 E0 C) @
" V, w3 s$ Y+ x( a) h

1.       HAL_DAC_SetValue(&hdac, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, DAC_Value); // 设置DAC数值
   
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
   & D/ r! Q+ D2 s; F7 c2 l
6.           DAC_Value = DAC_Value + PID_realize(2048, ADC_Value);
   % H! }) C  C2 @  l0 E( z
7.           HAL_Delay(100);

复制代码

（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））
  d% B- C$ W9 C3 P4 g  K
- [6 e9 C8 u0 r$ g# G/ \& {0 z（7）之后就可以完成正常读取，刚打开串口时：
4 W9 O3 [; q' t  S' O( U
0 K6 |( ~5 U6 w2 R2 X& M（8）PID调节稳定后（DAC输出1.65V）：


8 Y# p. m$ v: T; z$ M* Z) G总结：
1 I  m# a5 M1 x- r  以上就是利用PID调节控制获取我想要设定的电压值。

& y3 x4 u+ {/ s! a1 c4 a' }* d9 H
8 n* a) S* o# w