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。

! R  X, v) {) P) G6 z模块框图
6 S5 C7 q2 i0 v- D* n7 o) @. x3 ySTM32 Σ-Δ转换器应用框图如下：
+ U0 u$ m, Q6 m" U- o% L' ~

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。
0 r1 a: s% j, p5 a) L" S       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。
3 f- ]  W* d" z, ], `       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
/ V; _5 W! A2 O  l, t  · 输出1位或2位的快速串行数字信号，可达20MHz速率。
2 D' N) s* Z" {3 p# S& y4 H4 v  · 广泛的厂商支持： ST, TI, Analog Devices
% |: x+ t; i+ m
  C2 w. U* z; w4 m$ C9 H• DFSDM = Digital Filter for Sigma Delta Modulators:
/ I* b6 |4 l% A, x  ·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
0 c, N3 C- m: y  ·最大24位的输出精度
3 `, _- H3 @2 k  l! f
' r* z( k) m) o: y% N典型应用
( d% ]" z: Y( k$ f1 u1 ^! b•  电信号测量：电流、电压等。
• 马达控制
$ j- `2 G, s; b, s• 医疗应用
• 麦克风音频

STM32 DFSDM架构图如下：

; T2 f3 w% O, @  W0 e+ Z0 `4 T8 |6 [
* o3 R& g$ v. D  R收发器
• 快速串行输入(20MHz)
  · SPI或曼切斯特编码模式
* ?6 Z. b4 D9 @1 @! E  · 时钟生成
•  内部并行输入
. _) i( U9 A- s2 W  ·由CPU/DMA写入的16位寄存器数据输入
  y6 }# y. Y% x; Z& Z( u  · 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.
• 积分器过采样因子可达1024
, T) G" _, o! k4 @+ l
STM32 DFSDM应用框图如下：
3 K( |7 T, Z2 a6 l# T
3 z6 R( R; |% }- a& I" }3 t% t% @; O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
: E$ L4 w8 R/ R: V& j: t8 ]* e•  4个输出数据单元
1 o; Z# v4 N  L• 4个模拟看门狗
3 }% T/ A/ K8 _: z- L+ o2 ?9 j! c•  8个短路检测器
3 K( M" v7 \9 h3 R% i9 g' Z• 4个极值检测器
• 8个并行数据进入寄存器

串行收发器
8 W5 s9 `/ n. F/ \# I$ E3 R& J
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
• 1线曼切斯特编码
• SPI模式(时钟和数据线)
  · 上升沿、下降沿采样
  ·数据速率测量
  ·时钟缺失检测
" P; Z& B7 w4 l4 S  D/ r+ y  · 时钟速率高达20MHz
1 k# F5 K2 c) _• 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。
& e$ P. v) Z' v! j3 L
. P1 G7 B* \. i/ N; y并行收发器

, r3 U! A! K4 R. ^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
+ F/ g( U9 b, I7 r  }  ·来自被收集数据的后期处理数据
' r! r( z$ C' Z6 e• CPU或者DMA提供数据到DFSDM输入寄存器
1 w* f1 c2 L% J$ ^# c; z0 j
3 i' F( C8 i- c$ q/ l. W- c" XSTM32 DFSDM温度测量应用原理图如下：


  W- l& s* M; Y* ySTPMS2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。

) k+ \1 H& D9 j. ?8 W# LPT100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。
5 p2 J  I* f: z8 h, t( S; D
应用示例
硬件平台基于STM32L476G-EVAL。

CubeMX工程配置
7 F% g6 H; m& C* b; P# ?选择STM32L476ZGTx，配置系统时钟为80MHz。
3 w  I9 J, {1 `$ L3 v) X/ Y5 Q

# v2 R3 W0 e5 P6 g! z+ ]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。

, @! m5 J6 g+ |
: w% A# T& Z$ L# X- I6 M对时钟进行80分频，设置DFSDM时钟为1MHz。


0 n6 ^# r  a& H# N3 r将PC2(DFSDM1_CKOUT)、PC7(DFSDM1_DATIN3)配置为下拉，GPIO高速模式。


7 l9 f: B6 D0 j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。
. `: X- t+ h9 A


5 \* F3 L7 O3 J  ?% f- A/ U" v
使能DFSDM1滤波器0全局中断。

' T& k) y  y7 S' Z. i使能定时器1作为DFSDM转换的触发源，触发间隔为0.5秒。
# w2 b# U/ [5 S/ b0 ^
2 v& d, C% G0 ~

. C9 O6 @0 W% x# H5 q0 H添加注入完成回调函数，获取通道2和通道3的转换值。


0 H0 F5 Q6 y" Y) Z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。
, {, U0 ]* H  I2 c2 e7 B
/ R7 O* c! Y! _; b# n% FM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。
, I; `( I! X# `' L
# z$ v3 Z( p, l" G: N6 q8 ^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。
4 R' |6 g& ?$ V$ l+ {8 v8 Z/ W


! ]  a7 f0 s( R# R
/ H8 `' M& M! A5 S2 l5 _( g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
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。
- \8 U* \' r' Y

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2017-4-5 17:18 上传

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0 S! C  ?5 M7 Q" r! O
# A; S! w8 ~& B: i$ r5 d更多实战经验
  j( f/ J7 H" z% t( 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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. J- s  Z4 w* Z; H