STM32 DFSDM测量温度应用

前言
+ f! L% P  C+ K; S% I: h7 |STM32L4集成了DFSDM数字滤波模块，配合Σ-Δ器件使用，可进行高精度、高速率的AD测量。

. X6 z2 |5 m* d9 J& i& q4 ^模块框图
STM32 Σ-Δ转换器应用框图如下：

) a% O" @/ x- M$ [- l# K
- B: U2 i2 C2 G9 \" k" o7 {6 {系统被分为两部分： STM32外部的模拟前端Σ-Δ模块和内置的数字部分DFSDM模块。
+ @1 I( K  {) o& Q6 V3 y% I) x       DFSDM是STM32产品内部的一个新的数字外设，通常搭配外部的Σ-Δ器件使用，可根据相应的应用选择外部的模拟部分，如测量、马达控制等应用。模拟部分提供串行数据给DFSDM，DFSDM负责对数字信号进行处理。
       DFSDM数字部分集成了模拟看门狗、注入和常规转换、灵活的触发系统、中断信号生成、极值检测等。
• Σ-Δ模块
8 r3 {! Z# D& A" C  · 输入模拟信号
' _8 W9 v* y0 k  d7 u/ A" x& L. \  · 输出1位或2位的快速串行数字信号，可达20MHz速率。
  · 广泛的厂商支持： ST, TI, Analog Devices
  n; s0 p5 T2 D& K4 p9 I8 b
4 ]! t$ g, _4 ^, z3 ^  k( \  e• DFSDM = Digital Filter for Sigma Delta Modulators:
  ·从Σ-Δ模块接收串行数据
  ·对接收到的Σ-Δ模块数据进行滤波
# B' p9 C" \/ ]; q  ·最大24位的输出精度
& W; J0 ?5 Z% z3 Z( ^! U: x2 L
3 H8 l1 m4 e3 ?4 E5 z! N( F: o8 ~典型应用
3 _, K: X" p* @& W0 d•  电信号测量：电流、电压等。
5 x+ @  O7 }1 X0 v• 马达控制
) s. {# I: ^( b2 l2 }• 医疗应用
• 麦克风音频

STM32 DFSDM架构图如下：
: F! L; E- }5 @! Q/ h9 \, Q
) L  X! Z% ^& }( k7 ?5 @5 g
收发器
• 快速串行输入(20MHz)
7 k4 c( M# P0 U  [+ y! p  · SPI或曼切斯特编码模式
  · 时钟生成
•  内部并行输入
  ·由CPU/DMA写入的16位寄存器数据输入
  · 收发器提供串行连接到外部Σ-Δ模块，支持SPI、曼切斯特协议。收发器也支持通过CPU或DMA写入到DFSDM数据寄存器的内部16位并行数据输入，
5 {- w% r( [/ B6 @1 v滤波器
• Sinc1，Sinc2，Sinc3，Sinc4，Sinc5，FastSinc内插滤波器，过采样因子可达1024.
" V& _9 r" n& f) j4 d& u* a• 积分器过采样因子可达1024
! n$ Z% k+ d) B1 c
STM32 DFSDM应用框图如下：
8 l7 ~* ?7 i: d' ?0 f
* e& N! I" S; J- w8 a  D整个DFSDM模块包含如下接口：
•  8个串行收发器
/ E& ?5 l* s! }4 A& F) z• 4个Sinc滤波器和积分器
•  4个输出数据单元
4 v) A" r" l4 l• 4个模拟看门狗
•  8个短路检测器
• 4个极值检测器
• 8个并行数据进入寄存器
! T. D+ Y% O) ]5 ~
串行收发器

功能
6 y( `' l8 w0 U+ @# [& }• 从Σ-Δ模块接收1位的串行数据，提供时钟和数据给滤波阶段，最大支持8个输入串行通道。
支持的协议
• 1线曼切斯特编码
, ?1 ?( R; T9 x/ ?& ]: r• SPI模式(时钟和数据线)
  · 上升沿、下降沿采样
5 x* W  E$ D" Y9 v' E' p  ·数据速率测量
  ·时钟缺失检测
  · 时钟速率高达20MHz
. H" O7 d$ i- x! F• 串行输入(时钟和数据)通道的 DFSDM_DATINy和DFSDM_CKINy引脚可被重定向，通道重定向用于收集来自立体麦克风类型的PDM音频数据，PDM立体麦克风具有时钟和数据信号，数据通道提供左右声道信息，左声道进行时钟上升沿采样，右声道进行时钟下降沿采样。
- s5 ]1 L9 c% b5 l0 L
并行收发器

. p3 @- N9 y& }, F. w$ Z% x9 ^; i6 k功能
•从内部数据源接收16位的并行数据，并提供数据给滤波阶段。多达8个并行通道。
内部并行输入数据源
•RAM数据后期处理
  · 来自内部ADC的数据处理
$ k% \9 h  Q+ E  ·来自被收集数据的后期处理数据
3 d" |; `: q/ y5 n$ D% v' w+ V& k• CPU或者DMA提供数据到DFSDM输入寄存器
9 X2 Z! v0 F7 u2 m
STM32 DFSDM温度测量应用原理图如下：
5 O, |" T& }5 i- }9 d1 k: [% [
, M0 L6 y$ R2 @( f/ t  A% p" {
. H1 N% E2 d( a& H: x- oSTPMS2是一个双通道的二阶Σ-Δ模块，一个通道感知PT100的电压，另一个通道感知PT100的电流。使用1秒定时器来触发2个通道进行注入扫描转换。PC7(DFSDM1_DATIN3)是通道3，时钟为PC2(DFSDM1_CKOUT)。通道3测量PT100的电压，通道2测量PT100的电流。

PT100温度计算公式为：T = (PT100 – 100) / (0.385)，只要通过能够测量出PT100的电压和电流，就能计算出PT100电阻值，进而得到温度值。

9 G$ `" m2 W- l) G) F应用示例
硬件平台基于STM32L476G-EVAL。

CubeMX工程配置
选择STM32L476ZGTx，配置系统时钟为80MHz。

" d0 ^# d2 e6 u' _0 l7 |
将通道2配置为从通道3重定向输入，通道3则直接输入，两个通道使用相同的时钟源。

( S" U$ ~/ ?" w; a2 ^) S
对时钟进行80分频，设置DFSDM时钟为1MHz。


3 X5 ?; k: b4 l* V将PC2(DFSDM1_CKOUT)、PC7(DFSDM1_DATIN3)配置为下拉，GPIO高速模式。

$ ?& i4 j% G: w, O, l
通道2在时钟的上升沿采集数据，通道3在时钟的下降沿采集数据。




, \( ^7 K. L/ E使能DFSDM1滤波器0全局中断。

3 E: q, `4 f2 V, E4 M, A5 ]使能定时器1作为DFSDM转换的触发源，触发间隔为0.5秒。



添加注入完成回调函数，获取通道2和通道3的转换值。

6 k7 r' d; o* l
9 k+ V+ K/ n; C" k( o因为积分器过采样因子设置的是64，需要将转换结果除以64。
: C* h& z3 Z8 @! N
7 Y- a/ {' s6 [* G% S$ L/ EM就是过采样因子64，积分器输出的结果是代码中转换得到的通道2和通道3分别获取的电压和电流值。
& o0 |5 i$ L% W) P, J2 p/ W
main.c中添加以下代码，启动DFSDM注入转换，启动定时器1来触发DFSDM注入转换。
5 b) m' |  g# Z  A6 y



% H- l. c. y# A0 V4 B8 N5 b4 ~主循环中检测到有转换过的数据收到， 根据PT100温度计算公式计算温度。

% L8 f0 Q6 ~# p结论
2 b- b8 r9 k# l1 a1 W7 n# K7 }STM32 DFSDM配合Σ-Δ模块，可对电压、电流、音频等信号进行高速串行采集，通过DFSDM对采集的数据进行滤波处理，并输出高精度24位的数据。在STM32 CubeMX工具中，可以方便的配置DFSDM模块，快速生成工程代码。
) i' l9 V/ D+ t

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2017-4-5 17:18 上传

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' f6 W6 z7 K4 ~% P- K$ I& h- A更多实战经验
* T0 g/ X! Q2 g+ N, [3 \. o8 R9 m  L

介绍详细，十分有用，值得收藏！多谢了！

第二关失败

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