STM32 DFSDM测量温度应用 前言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。 模块框图 STM32 Σ-Δ转换器应用框图如下: 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 F H/ b( d$ Z4 O- M, z1 @ 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。0 ]1 X4 k" X% p" w9 v Y) J • Σ-Δ模块6 E9 z) c& k: V8 Y" G · 输入模拟信号 · 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: ^/ c6 n$ H; X1 v! r * }8 D+ c" n, k3 r% q2 Z • DFSDM = Digital Filter for Sigma Delta Modulators:* y2 g6 j$ f+ X! h* i4 E) E% o ·从Σ-Δ模块接收串行数据' M' m( E" z6 n0 }* z9 m1 m1 k ·对接收到的Σ-Δ模块数据进行滤波$ J: _2 Q. A# g; o3 v ·最大24位的输出精度 ( V2 M2 {( Z: _% o 典型应用 • 电信号测量:电流、电压等。 • 马达控制. U/ X$ ~, M {; ] • 医疗应用8 z9 s: _1 u" b1 G2 ^* u • 麦克风音频# q) F ~# N3 O# k' a/ s, Z. p O/ E) ~9 T V" M7 b+ q STM32 DFSDM架构图如下:* l+ I: |) D" {0 J 收发器" [* {8 a1 b) T0 D# [5 G • 快速串行输入(20MHz) · SPI或曼切斯特编码模式 · 时钟生成" U- H5 ~ R3 X& l" j • 内部并行输入 ·由CPU/DMA写入的16位寄存器数据输入: x+ I2 C& h) Y X% _6 P1 Z) Y+ P · 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, 滤波器 • Sinc1,Sinc2,Sinc3,Sinc4,Sinc5,FastSinc内插滤波器,过采样因子可达1024.- N2 G% R1 q0 N" Q' l • 积分器过采样因子可达1024 / \# O7 O5 @6 _7 b R" J( t( `/ _ F5 ~ STM32 DFSDM应用框图如下: 整个DFSDM模块包含如下接口: • 8个串行收发器 • 4个Sinc滤波器和积分器) e0 b; I& @% b4 Z2 @* i$ _ • 4个输出数据单元, q1 q4 Z( g; n- j) W+ z" D$ D • 4个模拟看门狗) O7 D# v6 B. q2 D$ \2 C1 F# n • 8个短路检测器 • 4个极值检测器9 R7 ^! `- P# ^6 x' y • 8个并行数据进入寄存器8 H9 r* b7 F# c2 m" }9 v 8 m. V9 Y) ^+ r- m. y 串行收发器3 q8 h$ X+ z; I0 j0 U' P( R( k. V 功能! \! v. R) v' [4 |0 v+ ^0 u. H# _2 b • 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。) a3 X4 N' L) p" Z 支持的协议 • 1线曼切斯特编码 • SPI模式(时钟和数据线)" ^& [; o1 o' c7 \- X7 } · 上升沿、下降沿采样$ l- _: i7 h1 P- h' m ·数据速率测量9 ]& {) K' n, ^. {1 M1 c ·时钟缺失检测 · 时钟速率高达20MHz • 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。 9 [1 I) U( B7 k+ G! K; j0 o 并行收发器 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。3 `" }% ?9 _, Y- v7 |2 @; r' V 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 ·来自被收集数据的后期处理数据 • CPU或者DMA提供数据到DFSDM输入寄存器 " U6 l* x7 h' M8 j$ l/ O STM32 DFSDM温度测量应用原理图如下:5 V) J" [- T; ]* `# t6 y5 y STPMS2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。 应用示例# K, n9 T" p* b- i4 Z1 j, u4 z 硬件平台基于STM32L476G-EVAL。 & b1 `* O( w8 |2 V. F CubeMX工程配置 选择STM32L476ZGTx,配置系统时钟为80MHz。$ A5 b V! ]: ~7 W1 ~& |% H: _% O 8 z, _ q; U: Q0 e$ ^- n: [1 u 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。/ P. f [8 P6 k& Y" g; n 9 ^" g; O+ Q- p7 H2 n 对时钟进行80分频,设置DFSDM时钟为1MHz。! f3 u( K( i( [9 D; r, t - o+ ?; z: t" {5 H 将PC2(DFSDM1_CKOUT)、PC7(DFSDM1_DATIN3)配置为下拉,GPIO高速模式。4 B6 b/ K3 l8 ^0 g& w$ B: M 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。 ( y/ a9 G1 k; ?3 m* k# E 使能DFSDM1滤波器0全局中断。 使能定时器1作为DFSDM转换的触发源,触发间隔为0.5秒。 ) i6 X) r" C8 L3 ?% T& Z# f 添加注入完成回调函数,获取通道2和通道3的转换值。! F2 M' a% U2 H/ [: G& P+ x5 @ 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。9 W3 ~( }+ m/ n" x8 t" V# g* z: { M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。 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。7 K/ z: @7 G/ a: N& _+ @% B" ^ ; N' y% E6 c$ m4 N 0 |; D2 M+ [8 G6 J) e 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。# _, o: v$ j" ]0 Y/ X) i 结论1 j' q. h( o) z 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。* h6 B3 ?) m1 O8 N 0 o0 B! Q+ E, B* z |
介绍详细,十分有用,值得收藏!多谢了! |
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