在定时器中断中处理多通道数据采集

在做这个多通道的数据采集的时候，数据的处理是个难点，如果有蓝牙或者BLE做媒介的时候就更难搞了。

我平时喜欢定时器中断做处理。 一般定时器中断适合的场景是：

需要定时触发：任务必须在固定时间间隔内执行。

实时性要求高：任务需要精确控制时间，不能有太多延迟。

轻量级处理：中断中执行的任务应尽量短小，复杂任务可以通过信号量或标志位移到主循环中完成。

中断虽好，但是不要贪杯哦~

如果 ISR 执行时间过长，可能会导致错过下一个中断（特别是在高频率触发的情况下）。在这种情况下，需要检查中断的处理效率。

给一个demo：

#include "stm32f4xx_hal.h"

// 定义一个标志变量
volatile uint8_t timer_flag = 0;

// 定时器中断回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance == TIM2) {  // 判断是否是定时器2
        timer_flag = 1;           // 设置标志，表示定时器触发
    }
}

int main(void) {
    HAL_Init();                  // 初始化 HAL 库
    SystemClock_Config();        // 配置系统时钟
    MX_TIM2_Init();              // 初始化定时器2

    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); // 启动定时器并使能中断

    while (1) {
        if (timer_flag) {        // 检查标志是否被设置
            timer_flag = 0;      // 清除标志
            // 定时触发的代码
            HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); // 切换 LED 状态
        }
    }
}

定时器来了，一般是来了一个小小的好算的数

比如1S来一次，中断内部有个数值来记录进入的次数。一次又一次，我们就可以判断次数来执行代码。

HAL库启动以前需要手动开启IT一次，后面就在执行触发代码前要清楚我们的标志，这个标志是一个全局变量，作用就是提醒这次的代码。

检查中断频率：确保定时器频率（中断周期）合适，不要让 ISR 执行时间过长。

在中断中设置标志或将任务放入队列，在主循环中处理，从而避免中断中运行复杂代码。

合理分配中断优先级，避免多个中断之间互相影响。这些是我给的编写中断的建议。

下面这个代码就是一个中断函数，但是比较典型。典型在这个中断函数太长了，所以在最下面有一些整改建议。

1. 定时触发 ADC 数据读取：读取 4 个通道的 ADC 数据并进行累加和平均处理。
2. 滤波处理：对采集的 ADC 数据进行滤波，包括 50Hz陷波滤波和 IIR 滤波。
3. 数据打包与发送：将处理后的数据以 BLE（蓝牙低功耗）数据包格式进行封装，并通过 DMA 发送。
4. CRC 校验：为每个通道的封装数据生成校验码，确保数据完整性。

一般就是要使用一个定时器

判断是否是定时器 2 触发了中断。如果是，则执行后续逻辑。因为是按时进去，那每一次进来都会记一下，然后就可以实现比如5ms，10ms，15ms执行任务。

增加 tim_counter，用于控制每隔 4 次中断保存一次数据。

定时保存数据：

• 每 4 次中断（tim_counter == 3）将处理后的 ADC 数据保存到 BLE_Packet_to_Send。
• ADC_Sample_Counter 递增，记录当前采样次数。

满数据发送：

• 当采样次数达到 DMA_MAX_SEND 时，生成 CRC 校验值。
• 调用 HAL_UART_Transmit_DMA 通过 UART 的 DMA 模块发送封装的数据。

线保存在BLE的封包里面，当封包里面的DMA满了，就直接使用UART穿出去，这个代码框架可以当做一个模板使用。

我也一直在学习，编程的时候我们在关注什么？我回答是其实是数据。外设都是固定的，无非也是抽象的读写。

但是数据却是我们一直关注，一个数据来了，它是什么样的？现在完整了吗？接下来要干嘛？给下一级？下一级要什么样的？应该怎么修改？其实都是对数据做操作而已。

赶紧进来获得来自ADC的数据

调用 AD7682_Read_4_ADC_Value 采集 ADC 的 4 通道数据，并累加两次。

sum_1[] 是 4 个通道的累加值。

将累加的值右移 1 位（除以 2），得到平均值。

将 sum_1[] 清零，为下一次累加做准备。

然后滤波

IIR_50HZ_Norch_Filter 是一个 50Hz 陷波滤波器，去除电源噪声。

applyIIRFilter 是一个通用的 IIR 滤波器，对数据进一步平滑处理。

将 16 位 ADC 数据分解成两个 8 位字节，便于通过 BLE 通信协议传输（BLE 通信通常以字节为单位传输数据）。

这是完整的一组

ADC_Value_Receive_1[ADC_Sample_Counter * 2] = (uint8_t)((ADC_Value_u16[2] & 0XFF00) >> 8);ADC_Value_u16[2]

是一个 16 位（uint16_t）的 ADC 数据。

1. & 0xFF00：保留高 8 位（清除低 8 位）。
2. >> 8：将高 8 位右移到低 8 位的位置。
3. (uint8_t)：将 16 位数据截断为 8 位（高字节）。
4. ADC_Sample_Counter * 2：表示数据在 ADC_Value_Receive_1 数组中的位置。
5. 存储结果：将高 8 位存入 ADC_Value_Receive_1 的当前位置。

ADC_Value_Receive_1[ADC_Sample_Counter * 2 + 1] = (uint8_t)(ADC_Value_u16[2] & 0X00FF);& 0x00FF

1. 保留低 8 位（清除高 8 位）。
2. (uint8_t)：将低 8 位数据截断为 8 位（低字节）。
3. ADC_Sample_Counter * 2 + 1：表示数据在 ADC_Value_Receive_1 数组中的位置。
4. 存储结果：将低 8 位存入 ADC_Value_Receive_1 的下一个位置。

详细分析

BLE_Packet_to_Send[Channel1_Data_Start_Counter + ADC_Sample_Counter * 2] = ADC_Value_Receive_1[ADC_Sample_Counter * 2];

1. 从 ADC_Value_Receive_1 中读取高字节数据。
2. 将高字节数据写入 BLE_Packet_to_Send 数组的对应位置。
3. Channel1_Data_Start_Counter：是 Channel 1 数据在 BLE_Packet_to_Send 中的起始位置。
4. ADC_Sample_Counter * 2：计算当前样本的偏移。

BLE_Packet_to_Send[Channel1_Data_Start_Counter + ADC_Sample_Counter * 2 + 1] = ADC_Value_Receive_1[ADC_Sample_Counter * 2 + 1];

1. 从 ADC_Value_Receive_1 中读取低字节数据。
2. 将低字节数据写入 BLE_Packet_to_Send 数组的对应位置。
3. 数据偏移计算同上，但存储到紧接的位置。

从MPU6050看传感器原始数据的处理方式-位运算 看不懂？就先复习一下我的文章。

清醒一点，我们的要求就是对原始数据重新塑造然后传到下个封包里面。

分解 16 位数据：

将 ADC_Value_u16[2] 分解为两个 8 位字节，高位和低位分别存储到 ADC_Value_Receive_1 数组中。

组织 BLE 数据包，将高字节和低字节从：

ADC_Value_Receive_1 

复制到 BLE_Packet_to_Send 数组中，准备通过 BLE 发送。

可以封装一个函数：

void Pack_ADC_Data(uint16_t adc_value, uint8_t *receive_buffer, uint8_t *ble_buffer, int sample_counter, int start_counter) {
    receive_buffer[sample_counter * 2] = (uint8_t)((adc_value & 0xFF00) >> 8);
    receive_buffer[sample_counter * 2 + 1] = (uint8_t)(adc_value & 0x00FF);
    ble_buffer[start_counter + sample_counter * 2] = receive_buffer[sample_counter * 2];
    ble_buffer[start_counter + sample_counter * 2 + 1] = receive_buffer[sample_counter * 2 + 1];
}

调用：

Pack_ADC_Data(ADC_Value_u16[2], ADC_Value_Receive_1, BLE_Packet_to_Send, ADC_Sample_Counter, Channel1_Data_Start_Counter);

CRC和发送

什么时候不适合使用中断？

任务执行时间过长：如果中断内代码耗时过长，会影响其他任务的执行，甚至导致系统崩溃。

如不需要精确时间间隔，主循环或事件触发可能是更好的选择。

中断优先级竞争：当系统中有多个高优先级中断时，可能导致定时器中断被延迟。

然后就批判一下上面这个函数，

第一杀，多次调用函数：

AD7682_Read_4_ADC_Value()：多次调用，可能涉及 SPI/I²C 等通信操作，通常较耗时。

这个ADC我还写过：精密小体积ADC-AD7682 16位4通道

IIR_50HZ_Norch_Filter() 和 applyIIRFilter()：滤波运算较为复杂，尤其是涉及浮点或大量运算时。

crc16_ibm()：用于生成 CRC 校验，处理大量数据时会占用 CPU 资源。可以使用外设CRC好一些。

第二杀，复杂数据处理：对采集的 ADC 数据进行求和、平均计算，以及数据封包。BLE 数据填充与打包。 需要大量的执行计算过程来分发新包。

怎么做？

其实很简单，就是剥离耗时操作。

在中断中只执行简单的采样操作，将数据存入缓冲区。主循环读取缓冲区的数据并进行滤波、平均计算和 BLE 打包。

还有什么呢？就是这个频率问题，因为不同的函数，不同的外设，大家的步调不一样

ADC 采样频率过高：如果定时器触发频率较高（如 1 ms），而 BLE 数据发送的需求较低（如每 10 ms），会导致不必要的数据处理。除非你有一个缓存区存这个东西，还要发的快。

BLE 打包延迟：BLE 通信的频率通常低于 ADC 采样频率。如果在每次中断中都执行 BLE 打包，会导致发送延迟和资源浪费。

然后，中断中只采样 ADC 数据并存入一个环形缓冲区。在中断中设置标志位，主循环中根据标志位执行滤波和通信操作。其实就是在较长的时间后开始处理数据。

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim == &htim2) {
        // 简单采样操作
        AD7682_Read_4_ADC_Value(ADC_Value_Buffer);
        // 将数据存入环形缓冲区
        ring_buffer_write(&adc_ring_buffer, ADC_Value_Buffer);
        // 设置标志位
        data_ready_flag = 1;
    }
}

然后写个循环代码：

void main_loop() {
    while (1) {
        if (data_ready_flag) {
            data_ready_flag = 0;

            // 从环形缓冲区读取数据
            ring_buffer_read(&adc_ring_buffer, Processed_Data);

            // 执行滤波操作
            IIR_50HZ_Norch_Filter(Processed_Data, Filtered_Data);
            applyIIRFilter(Filtered_Data, Final_Data);

            // 数据打包与 BLE 发送
            BLE_Packet_to_Send(...);
        }
    }
}

记住判断和清空，下面就是大家干活，读数据，滤波和发送

最后就简单了， ADC 采样10 ms 触发一次。BLE 数据发送频率较低，可以通过一个较慢的定时器（100 ms）单独触发 BLE 打包和发送。

以前觉得这些东西很难，但是到现在我觉得这些东西分外的清晰，我想就是流程清晰，也能知道各种方法。

大概总结一下，先梳理流程，分割各种任务快，把和外部交互的放在中断，保持实时性，处理放在循环里面。如果一个快一个慢，就搞个缓存区。