STM32 DFSDM测量温度应用

前言
& j5 }5 O% c$ q+ q/ P$ F% U- ]* ~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。
( ]; U+ k, R. S8 Q
6 G6 j% D7 \! z+ h9 p! H模块框图
STM32 Σ-Δ转换器应用框图如下：

) c& D" g# p3 d) h6 d6 j( |! J
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。
" o8 v7 J% ?& {; |6 a       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
  · 输入模拟信号
% ]5 M2 ]7 X7 }' Q; {1 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
5 e# Z( A5 K$ P# D7 Q) t
• DFSDM = Digital Filter for Sigma Delta Modulators:
" P( ?- i- A% I( K" l7 I  ·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
, R" v8 i  i4 Z  ·最大24位的输出精度
7 {# ]! C4 ]* `* @# ~
典型应用
" j" E2 N% C0 e1 Z1 z( v5 W•  电信号测量：电流、电压等。
• 马达控制
$ K$ S# i3 c' ^* [) b4 m1 p8 }, o. _+ a• 医疗应用
" `* W( @/ _7 ^. Q8 s• 麦克风音频

7 N7 s2 `5 N: y2 F, r8 dSTM32 DFSDM架构图如下：
0 x9 _5 T" D& g3 l

收发器
- M3 z" {9 z  Q3 d# p• 快速串行输入(20MHz)
. Y- `4 e5 g$ G/ w. K  · SPI或曼切斯特编码模式
9 ^/ U( ^) e/ k: k# ^. b  · 时钟生成
2 R. N) ?# d  v: I* V•  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，
/ h+ z% [, D: E滤波器
• Sinc1，Sinc2，Sinc3，Sinc4，Sinc5，FastSinc内插滤波器，过采样因子可达1024.
9 e7 E7 ^0 C& u• 积分器过采样因子可达1024
; D% G; R6 @# z, c6 S7 o7 F
STM32 DFSDM应用框图如下：

# Y# J( {  J3 w整个DFSDM模块包含如下接口：
2 b9 G* c! G) o& E% Y0 ?•  8个串行收发器
• 4个Sinc滤波器和积分器
3 u% o9 L9 a' L# r•  4个输出数据单元
• 4个模拟看门狗
. H- Z5 e# M% B) z  {•  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

; d# f, Z- q  e% L串行收发器
. `% P5 R0 k0 H" x( ^+ [
. e5 |$ q/ N- q- V* B功能
• 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
8 `2 C1 |, `* F' @, F: r• 1线曼切斯特编码
• SPI模式(时钟和数据线)
- m; s& ~" v2 e4 f: V7 u' Y  · 上升沿、下降沿采样
( O4 N6 h: @+ y8 ^: h+ m  ·数据速率测量
! K. E% u' D# o# ^5 R  ·时钟缺失检测
5 I" y" E: b* l, S( C( [& D  · 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。
3 j' P$ R# e3 g( K$ F
并行收发器
( p+ n- ~6 Z, c& E+ T' D0 o
. H/ w3 o3 l% D9 y. d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
$ F' ?/ J8 }$ K! W. O. y8 W! K2 I( e: W•RAM数据后期处理
  · 来自内部ADC的数据处理
) Y3 f( j/ a5 s% r  ·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
7 F, p# L7 f1 ]. f9 ?
STM32 DFSDM温度测量应用原理图如下：

4 \1 ^3 G% T* Q* F4 r% p
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。

: _1 B+ C9 U% GPT100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
硬件平台基于STM32L476G-EVAL。

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

. c/ B5 T! y( i2 n- \+ O
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。


$ J! D9 [9 J  }$ B对时钟进行80分频，设置DFSDM时钟为1MHz。
. G% k; H, O; O. d3 E

7 z; N  [6 C5 d0 g将PC2(DFSDM1_CKOUT)、PC7(DFSDM1_DATIN3)配置为下拉，GPIO高速模式。


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。
. u& H2 j5 |6 X7 c
. x/ @  B  X+ S

4 s/ {7 v0 y- H
使能DFSDM1滤波器0全局中断。
: E% }2 q+ k- r/ M2 h1 s% ^0 r
! P2 q$ @) Y0 y& _/ `使能定时器1作为DFSDM转换的触发源，触发间隔为0.5秒。
; N# y' U& n3 `4 Y9 E# D


添加注入完成回调函数，获取通道2和通道3的转换值。


& a" A3 y7 s; B' U! }' g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。

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。
( ?% Y/ ?& h8 m
  n* d. Q4 z. Q: w# t& o, }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。
" Z8 b: r  s, ^0 ]% w; ]
7 v8 S0 s/ P+ }
8 f; p6 b( l" S! K7 k
" z  m/ [2 {8 a% T6 ^) u
8 c" F/ y0 r! g. N% h6 h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。

结论
  ]8 ]) q' |9 W" O! z3 vSTM32 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。

3 j$ s* |& f, C7 C
7 @) M5 U0 C/ S- q8 n! N/ ]& W+ ? STM32 DFSDM测量温度应用.pdf (1.29 MB, 下载次数: 168)

2017-4-5 17:18 上传

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7 Z' k$ }' ~' N1 j9 i
9 A' U, ]3 n, q: o, \更多实战经验
8 Z" C% u) I# H% e  A

介绍详细，十分有用，值得收藏！多谢了！

第二关失败

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