STM32 DFSDM测量温度应用

前言
8 w3 S! ]+ I! C8 E$ CSTM32L4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。
" B! Q  W+ n, l: t3 Z
, r+ r, [# P) d! d模块框图
5 ]* o, E4 U2 B  aSTM32 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。
; ^' X6 u+ J. {, q) t       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。
) {* e( H$ m4 r! W  k; p3 w       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。
. H$ H# D5 n9 S- ~# W& {• Σ-Δ模块
6 F* {  X8 Z( l  q" X/ s  s  · 输入模拟信号
; I) M2 r- W5 W  X: ^: M  · 输出1位或2位的快速串行数字信号，可达20MHz速率。
6 K$ W; }) t, _6 y  · 广泛的厂商支持： ST, TI, Analog Devices

9 N/ ?; k4 |' C' O" v• DFSDM = Digital Filter for Sigma Delta Modulators:
  ·从Σ-Δ模块接收串行数据
2 _" P" Z; {, t9 O, \6 w' r. f! O# P  ·对接收到的Σ-Δ模块数据进行滤波
) l0 Y4 }4 c  r0 q& t- `  ·最大24位的输出精度

% f2 W8 q' W+ s典型应用
•  电信号测量：电流、电压等。
" r  v; g0 B7 o, N& d' D& {• 马达控制
, C# w7 u! J8 L: _+ G* u- W• 医疗应用
• 麦克风音频
7 V6 r6 u  F. x9 i
STM32 DFSDM架构图如下：


* }3 R0 `) I' Z  H* ]5 U" _' d& a) Q收发器
3 a' P  w& L; V1 B' p1 b) U% T• 快速串行输入(20MHz)
  · SPI或曼切斯特编码模式
$ A+ x$ i0 B& z! D/ r8 v  · 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，
% o1 Q& V* ~  \滤波器
% A8 K3 F7 ~9 P9 f5 h• 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

0 d5 N( H0 \, G1 wSTM32 DFSDM应用框图如下：

8 w+ [, K. P' `: C整个DFSDM模块包含如下接口：
•  8个串行收发器
( t. D5 S# m! _4 I1 P' l4 q1 S4 e' `$ |• 4个Sinc滤波器和积分器
•  4个输出数据单元
# [7 B& O9 o! }• 4个模拟看门狗
: u: ^' C( v/ G+ r& t) B•  8个短路检测器
/ Y6 o( L3 e: L% }5 ^• 4个极值检测器
! K# s! I" H8 M- T+ N• 8个并行数据进入寄存器

9 A" q1 F3 L- g1 C2 D串行收发器

* s- X6 X# O4 n  K: [, i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。
& X: {  W, I$ M/ H5 @支持的协议
' g$ K' ?: g3 c/ U1 L/ R& I5 o, g• 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
; ^' d& b8 p3 N4 y! U  ·数据速率测量
! T& n6 r* g! D  ·时钟缺失检测
) }1 F" \+ j0 x2 N2 v, z  · 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。
1 \3 j# _+ R3 `3 n( F
/ }- X$ d+ Z, {. `+ _! H3 m并行收发器
5 v1 H7 c9 o+ Y8 G
9 i  g% l7 u1 _4 O功能
0 \2 v: v# \  [5 Y" j•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
* `+ a, R2 l$ a6 _  · 来自内部ADC的数据处理
- W: k$ _  I  N) g/ q% p# r, W! J  ·来自被收集数据的后期处理数据
" H3 F: x/ U! F6 Y7 [• CPU或者DMA提供数据到DFSDM输入寄存器
  ^0 G3 U6 D; A' i
& [9 c8 [+ E: z" W( ^- r- Y; U/ ~STM32 DFSDM温度测量应用原理图如下：


$ r' v# A/ ^7 Q. _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。

7 A6 W0 z# Y4 W; b" f$ cPT100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。
; v) K8 A! G; {. H4 K2 t' a6 ~
4 K. N8 B0 \( V; C' K1 y% I1 a应用示例
硬件平台基于STM32L476G-EVAL。
1 M7 l) u# K' ~* u9 N
) H3 [7 B+ a1 v1 }1 M+ Q* C7 a) sCubeMX工程配置
选择STM32L476ZGTx，配置系统时钟为80MHz。
* ]" N: f) C% v3 R
3 T4 o9 F$ n" q- ^% i; K4 P! 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。

4 \1 M( D0 K$ _
对时钟进行80分频，设置DFSDM时钟为1MHz。
. J4 n4 w  C/ Q2 x+ V
. E+ J% M8 q  y, n/ E" L6 c  y
将PC2(DFSDM1_CKOUT)、PC7(DFSDM1_DATIN3)配置为下拉，GPIO高速模式。

# S& U6 A$ E) l4 c
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。


3 X3 Q: A  V) j* b( W! m
9 K/ x0 x" ^$ i4 }; E
使能DFSDM1滤波器0全局中断。
- j" A  G' Z) |0 E0 x$ [
2 K2 e# w: M6 V" K( F9 ]/ n" O使能定时器1作为DFSDM转换的触发源，触发间隔为0.5秒。

2 M& o! S8 h3 c
5 D- L9 _+ h. W. v) F
$ @2 e8 \8 M2 }. Y) s9 ~& r添加注入完成回调函数，获取通道2和通道3的转换值。
( I$ z9 i% Y# b( y1 |- i- r
7 O. M& m/ o( s8 Z  w7 n1 K
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。
0 Z) d7 z) T$ x( ~5 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。
1 s- Q0 ~  j" }# G  v
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 ~' \1 G7 {% F1 V% U0 f' u

! X& r* M4 i# ]$ Q$ Y
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。

* _' v- p  L# h. J- l结论
% ]8 d5 u  U8 ~# ]4 Y5 nSTM32 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, y; R9 a( C" v
  {( t) \1 V' l3 [! g
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2017-4-5 17:18 上传

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