RP2040 DMA驱动ADC采集与UART发送
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简介
本项目基于MicroPython v1.23.0开发，面向树莓派Pico（RP2040）平台，实现了DMA驱动的ADC高速数据采集和UART串口DMA数据发送功能。通过直接操作硬件寄存器，完成外设到内存（ADC→内存缓冲区）、内存到外设（内存缓冲区→UART）的DMA（直接内存访问）传输，大幅降低CPU占用率，支持高速采样、双缓存不间断采集传输等特性，适用于需要高频数据采集与串口传输的场景。
主要功能
- ADC DMA高速采集
- 支持ADC 0/1/2通道配置，采样率可配置（≥1000Hz，最高适配48MHz ADC时钟）；
- 启用ADC自由采样模式与FIFO缓冲区，配合DMA触发实现数据自动传输；
- 支持阻塞/非阻塞传输模式，自定义传输等待函数、传输完成回调函数；
-
精准控制ADC时钟分频，保证采样率准确性。
-
UART DMA高效发送
- 支持UART0/UART1配置，兼容9600~921600bps标准波特率；
- 直接操作UART寄存器，启用DMA发送功能，支持FIFO状态检测；
- 兼容缓冲区协议对象（bytearray/bytes等），支持阻塞/非阻塞传输模式；
-
低CPU占用，实现大批量数据高速串口发送。
-
双缓存不间断采集传输
- 基于双缓冲区（buf1/buf2）实现ADC数据不间断采集；
- 缓冲区交替完成“采集-发送”流程，避免数据丢失；
-
中断调度机制确保回调函数安全执行，保证实时性。
-
灵活的回调机制
- 支持传输过程中自定义等待函数（阻塞模式下）；
- 传输完成回调函数支持中断级调度，适配实时性要求高的场景。
文件说明
| 文件名 | 功能说明 |
|---|---|
dma_adc_trans.py |
自定义ADC DMA传输类（DMA_ADC_Transfer），封装ADC配置、FIFO控制、DMA传输、采样率配置、资源释放等核心功能。 |
dma_uart_tx.py |
自定义UART DMA发送类（DMA_UART_Tx），封装UART初始化、DMA使能、FIFO状态检测、DMA数据传输等功能。 |
main.py |
主程序示例，演示单缓冲区ADC DMA采集+UART DMA发送、双缓存不间断采集传输的完整流程，包含回调函数、中断调度等逻辑。 |
软件设计核心思想
- 硬件寄存器直接操作：通过
mem32模块读写RP2040的ADC/UART寄存器，精准配置FIFO阈值、DMA触发源、时钟分频等关键参数，实现底层硬件精准控制。 - DMA解耦CPU与外设：利用DMA控制器接管“外设-内存”数据传输，CPU仅需初始化配置和处理传输回调，大幅降低CPU占用率，适配高速数据传输场景。
- 模块化封装：将ADC DMA、UART DMA功能分别封装为独立类，降低模块耦合性，提高代码复用性与可维护性。
- 双缓存机制：通过两个缓冲区交替执行“采集”和“发送”操作，实现ADC数据不间断采集，避免单缓冲区模式下的采集中断。
- 安全的中断处理：基于
micropython.schedule实现中断回调调度，避免中断上下文执行复杂逻辑导致的系统异常。
使用说明
环境准备
- 硬件：树莓派Pico（RP2040）开发板；
- 软件：烧录MicroPython v1.23.0固件至Pico开发板；
- 依赖：无第三方库依赖，仅使用MicroPython内置模块（
machine/rp2/uctypes等）。
部署与运行
- 将
dma_adc_trans.py、dma_uart_tx.py、main.py上传至Pico开发板； - 通过串口终端（如Thonny、Putty）连接Pico，执行
main.py； - 终端输出DMA传输耗时、状态等调试信息，观察ADC采集与UART发送流程。
自定义配置
- ADC采样率：初始化
DMA_ADC_Transfer时修改sample_rate参数（≥1000Hz）； - UART参数：初始化
DMA_UART_Tx时修改uart_num（0/1）、baudrate（标准波特率）、tx_pin/rx_pin； - 缓冲区大小：修改
main.py中buf1/buf2的bytearray长度，适配不同数据量需求。
示例程序
1. 单缓冲区ADC DMA采集 + UART DMA发送
import time
from dma_adc_trans import DMA_ADC_Transfer
from dma_uart_tx import DMA_UART_Tx
# 初始化缓冲区
buf = bytearray(256)
# 初始化ADC DMA（采样率2000Hz，ADC0）
dma_adc = DMA_ADC_Transfer(buf=buf, sample_rate=2000, adc_id=0)
# 初始化UART DMA（UART0，921600bps，TX=0，RX=1）
dma_uart = DMA_UART_Tx(uart_num=0, baudrate=921600, tx_pin=0, rx_pin=1)
# 阻塞模式启动ADC DMA采集
start_time = time.ticks_us()
dma_adc.start_dma_transfer(blocking=True)
adc_time = time.ticks_diff(time.ticks_us(), start_time) / 1000
print(f"ADC DMA采集耗时：{adc_time:.2f} ms")
# 阻塞模式启动UART DMA发送
uart_time = dma_uart.dma_transmit(buf=buf, blocking=True) / 1000
print(f"UART DMA发送耗时：{uart_time:.2f} ms")
# 释放资源
dma_adc.close()
2. 双缓存不间断采集传输（核心逻辑）
# 初始化双缓冲区
buf1 = bytearray(256)
buf2 = bytearray(256)
# 初始化两个ADC DMA实例
dma_adc_1 = DMA_ADC_Transfer(buf=buf1, sample_rate=45000, adc_id=0)
dma_adc_2 = DMA_ADC_Transfer(buf=buf2, sample_rate=45000, adc_id=0)
# 初始化UART DMA
dma_uart = DMA_UART_Tx(uart_num=0, baudrate=921600, tx_pin=0, rx_pin=1)
# 标记位初始化
dma_1_complete = False
dma_2_complete = True # 初始启动dma_adc_1
# 双缓存轮询采集
while True:
if dma_2_complete:
# 启动buf1采集（非阻塞），完成后触发UART发送回调
dma_adc_1.start_dma_transfer(blocking=False, complete_callback=uart_send_buf1)
dma_2_complete = False
if dma_1_complete:
# 启动buf2采集（非阻塞），完成后触发UART发送回调
dma_adc_2.start_dma_transfer(blocking=False, complete_callback=uart_send_buf2)
dma_1_complete = False
注意事项
- 采样率限制：ADC采样率需≥1000Hz（低于该值会抛出异常），低采样率场景建议使用软件定时器替代DMA；
- 硬件兼容性：仅适配RP2040（树莓派Pico）平台，依赖RP2040的ADC/UART/DMA寄存器地址与DREQ触发号，不兼容其他MCU；
- 缓冲区类型：ADC DMA的缓冲区必须为
bytearray类型，UART DMA支持所有符合缓冲区协议的对象（bytearray/bytes/array等）； - 波特率限制：UART仅支持9600/19200/38400/57600/115200/230400/460800/921600bps标准波特率；
- 资源释放：ADC DMA使用完毕后需调用
close()方法，释放DMA通道并停止ADC采样，避免硬件资源泄漏； - 中断安全：回调函数需保证轻量化，复杂逻辑建议通过
micropython.schedule调度至主线程执行。
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