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。
- A. x2 s% X0 I讲解的主要知识：
$ z, T, m2 @. u- S/ J1.何为PID以及为何需要PID
/ }' T8 R1 P) d$ [4 ?+ U' z" N2.STM32CubeMX创建
3.STM32源代码
" S6 I' `1 b5 K' V8 p; F, O1、何为PID以及为何需要PID
6 _6 z3 w# W- S: B  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。

/ y; f1 Y5 _  K4 Z: b- [) 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？
5 o  S/ |3 A) L
  d! c8 I# k& s7 J- V3 I  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？
0 N/ i) p) z* A! Y' c' A
# @$ v& p  ?2 `% ]* v) e  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。
5 ?& r. S. m9 o1 u
6 f: C! Z( J8 M) p  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。
( P4 x8 o; `- g5 ?9 M: ?/ e2 L& V


8 H6 L$ i: b$ @( B+ b' B) I* NEg：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 B; X4 r, _4 M1 R& [5 w
9 w! `7 C& ?8 ]( R" ?, y- Y2、STM32CubeMX配置：
2.1 所用工具：
: B2 Y; i: }, e) d- p9 N
( n6 {. S( C% p+ B+ L+ F. V芯片：STM32F103RCT6
IDE：MDK-Keil软件
% x/ b' X; }/ q; ^9 _2 lSTM32F1xxHAL库
$ [$ D; F# L8 |3 b
2.2 知识概括：

/ }9 d8 i( O/ h, g: X, g) n6 ^STM32CubeMX创建ADC、DMA、DAC、USART例程
Keil软件程序编写
4 R# D, V' l" O0 o2 u' ?- a% m
2.3 工程创建

9 m- X1 S! N+ h# u+ X6 ?1、芯片选择
  芯片：STM32F103RCT6（根据自己的板子来进行选择）



# ]* ?: u) M, D4 ~6 R# r1 T2 d2、设置RCC
  设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源


: R: `  P4 S$ [' s
& h2 M; ^( y, w0 I4 q& O# H3、设置ADC引脚
1 ~5 b- m$ L( I- [8 V5 U. y0 U  ADC1通道0即PA0，开启连续转换模式，转换周期：55.5Cycles
* T6 S# O7 t3 B; W+ o
/ D) T) i6 Y2 n( h

4 P) S3 j4 t, O0 s
2 F* f# n. n$ ]9 P. E1 |. I, I
4、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
$ C! M8 O0 @* G; |3 v, l
% R% o$ Q3 J2 q+ |& l9 V2 L+ B

5、开启DAC输出
8 [# E# @- D$ }8 p& ^8 T! v& H3 \


/ H* Q: C# ~9 s! c6、开启USART1
* M  v) r0 O5 E; S  设置异步通信，波特率115200Bits/s

6 t: ^7 e5 X$ e$ q6 H

  c' t, I3 f: |- W9 T7、配置时钟
  F1系列芯片系统时钟为72MHzs
2 ?7 [: G/ e$ a. \: M/ U2 }


5 t0 }$ M* c4 e4 @, l8 y6 y& d; V& u8、项目创建最后步骤

设置项目名称
1 C4 N* J/ v+ I; {设置存储路径
& \) Y5 @# h( r. A/ X2 q选择所用IDE
6 ?1 Z6 ?# P1 X# ]; @# F


9、输出文件

1 W4 Y+ Q1 z6 b+ n7 I+ S  V②处：复制所用文件的.c和.h
& v( c. P4 |; B+ h; r③处：每个功能生产独立的.c和.h文件
; s6 j9 n! C2 j5 s3 z3 u
+ @- I3 s+ h* l  P

9 \+ Z. V( K& w4 }7 R: _' j10、创建工程文件
  点击GENERATE CODE 创建工程
( q5 `7 O, ?/ S% Q
: ?2 ^& E0 Y' l  k11、配置下载工具
2 Y6 k' ]0 B6 n' a* t  这里我们需要勾选上下载后直接运行
6 \( E3 a0 M1 O! c. u( Q5 o, n
: B  }4 G9 ?0 m8 _, z
& a6 B& g! C7 k9 u$ i  c
9 |$ U& P: S' E3、STM32源代码：
1 x! w, U( m# B2 U+ Q  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。
; ]9 m0 Y3 P! T2 m7 |（1）pid.h

6 a4 q0 l! ?3 D/ u  v

1. #ifndef __PID_H__
   
2. #define __PID_H__
   
3. #include "main.h"
   
4. 
   
5. typedef struct
   ) X0 D$ T( Z0 _- T
6. {
   
7.     float SetVoltage;                  //定义设定值
   
8.     float ActualVoltage;        //定义实际值
   
9.     float err;                            //定义偏差值
   1 v$ u% p+ I: [4 A
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
    ; A/ v- G! e- ?+ H7 i
12.     float result;                    //pid计算结果
    9 A3 O; c( D& i% _8 m1 b" _. F+ H# C' e
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
    / ~. Q, K' W) H* G2 Q# T+ B
15. }pid_p;
    ' Q) G8 _: F5 j
16. 
    # W8 s- \6 n* a8 E5 m, f1 @
17. void PID_init( void);
    + `: ~: T8 V* y' J; ]6 R
18. float PID_realize( float v, float v_r);
    ! [/ r; a" r+ n7 K
19. 
    
20. #endif

复制代码

* y! y1 |2 w7 z# c/ }  m（2）pid.c
) e0 c, L2 H+ ]  ^' h$ v9 m+ z
$ a5 e8 C4 j/ n( J0 |2 S

1. #include "pid.h"
   8 h( T% S! g$ U+ w3 T) P
2. #include "stdio.h"
   : L) T; Q9 w, R; W- G$ v1 J
3. 
   # C: `! [- M7 W& S+ n
4. pid_p pid;
   
5. 
   
6. //pid位置式
   , y) ^3 T( T5 d: q/ L' f$ J$ B
7. void PID_init()
   
8. {
   ) }+ {) [& ]( n' t
9.     printf("PID_init begin \n");
   9 X+ b' c8 O6 m
10.     pid.SetVoltage= 0.0;                          // 设定的预期电压值
    
11.     pid.ActualVoltage= 0.0;                        // adc实际电压值
      U3 z+ S# A5 ]2 i5 S2 @. p
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
    
14.     pid.voltage= 0.0;                            // 控制电压值
    
15.     pid.integral= 0.0;                                  // 积分值
    * A: G# U% b7 A  R* T
16.     pid.Kp= 0.2;                                    // 比例系数
    
17.     pid.Ki= 0.15;                                    // 积分系数
    7 h; c( H8 N' L
18.     pid.Kd= 0.2;                                    // 微分系数
    
19.     printf("PID_init end \n");
    
20. }
    
21. 
    
22. float PID_realize( float v, float v_r)
    
23. {
    ; {. h0 e  o! o) ]: c5 b
24.     pid.SetVoltage = v;                        // 固定电压值传入
    $ T/ z9 [# R) m  ~+ R5 I  \+ H
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
    * h0 Y/ v+ y) S/ {& |
27.     pid.integral += pid.err;                                                //积分求和
    2 a; L3 U  L$ J; _. i. e* I
28.     pid.result = pid.Kp * pid.err + pid.Ki * pid.integral + pid.Kd * ( pid.err - pid.err_last);//位置式公式
    
29.     pid.err_last = pid.err;                                //留住上一次误差
    
30.     return pid.result;
    & b' c; _+ \3 D* ~4 a- e, H  c
31. }

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; S$ V9 H5 j% Y* ?9 n1 H. {（3）在main.c加上：

1. /* USER CODE BEGIN Includes */
   
2. #include "stdio.h"
   2 r. I1 L) W& ~* F
3. #include "pid.h"
   3 W: Y  p1 N7 }! I9 ^% O( n. M
4. /* USER CODE END Includes */

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1. /* USER CODE BEGIN PD */
   
2. #define ADC_Channel_MAX 2
   / O" m! z5 F( y3 K2 n
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
   2 R/ F4 E" F4 c# Z, n/ `
3. uint16_t ADC_Value = 0;
   2 r; Q$ T# h2 O) C
4. uint16_t DAC_Value = 100;
   
5. /* USER CODE END PV */

复制代码

1. /* USER CODE BEGIN 0 */
   
2. /**
   
3.   * 函数功能: 重定向c库函数printf到DEBUG_USARTx
   
4.   * 输入参数: 无
   
5.   * 返 回 值: 无
   & v4 N6 D/ U1 W: [
6.   * 说    明：无
   
7.   */
   * I, _" |  B; w; K% A8 p
8. int fputc(int ch, FILE *f)
   
9. {
   $ ]" e+ P) _8 Z' F4 W9 y2 `7 A& S% ?5 u
10.   HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
    / U" ?+ I: o2 D
11.   return ch;
    3 }8 \) W6 T% G+ n. F
12. }
    
13. 
    8 ?$ i( h4 k9 j1 t8 {8 z
14. /**
    
15.   * 函数功能: 重定向c库函数getchar,scanf到DEBUG_USARTx
    3 X6 ~2 |/ F% l0 X! r9 S3 A
16.   * 输入参数: 无
    1 ?& _* H, l$ e" ?
17.   * 返 回 值: 无
    ) l4 w  h) M, f, N) u% v, M
18.   * 说    明：无
    
19.   */
    
20. int fgetc(FILE *f)
    6 v+ i3 H: ]  ~& ?/ }, T
21. {
    
22.   uint8_t ch = 0;
    
23.   HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
    + B# \. u8 q& Z  K1 x
24.   return ch;
    
25. }
    
26. /* USER CODE END 0 */

复制代码

/ {5 c; _+ {* M, u（4）在ADC初始化之后加上AD校准函数：

5 A$ J4 q% }" }( f7 c

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 */

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6 q% |6 N+ m/ A- I% q! D! Y（5）while中加上：

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
   1 A- U  X9 h7 C4 t7 g$ Y
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
   ; g. I) H: Y) A: K, ?7 s( [
6.           DAC_Value = DAC_Value + PID_realize(2048, ADC_Value);
   6 V  M8 M8 U# K; `0 A, N: c
7.           HAL_Delay(100);

复制代码

) Z6 `7 H% L, }$ i0 B  i% N（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））

- i5 e0 ?. b6 U" k8 `; Q（7）之后就可以完成正常读取，刚打开串口时：
: ^  V# C' X8 @' E8 z
（8）PID调节稳定后（DAC输出1.65V）：
: v0 Z6 |! z8 b" ^

- ^, L& Q; k, N) m  f总结：
& ~0 q) [; Y# r' g+ m  o8 H  以上就是利用PID调节控制获取我想要设定的电压值。
: L) W2 O  D# d! w) d
: Y- k: [3 q! g: T: G4 [4 O

0 d* }+ `& p: y* h