STM32 DFSDM测量温度应用

前言
& I! }3 ^% {8 ~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。

# a( N' _, O' t' Q% p模块框图
/ ?- Z8 s0 X  j+ S0 JSTM32 Σ-Δ转换器应用框图如下：
/ q  g! H% N, n# u  f+ A
  B( I$ L/ ~' S: [1 G8 j+ 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。
5 V! ]; e0 L2 q       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。
6 u) A" [0 k" R% G1 v) T• Σ-Δ模块
  Z, u7 g" G$ y" v- a  · 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。
3 t4 Z' _/ h6 r+ x5 w9 E( X7 h  · 广泛的厂商支持： ST, TI, Analog Devices

• DFSDM = Digital Filter for Sigma Delta Modulators:
, S5 E* W5 g& |- T. C( I! q  G2 S  ·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
  ·最大24位的输出精度

典型应用
9 j# @- U% L' e3 K•  电信号测量：电流、电压等。
4 l# m3 [; N" N# \! G5 l% c• 马达控制
+ [5 P  |$ r& ^% K• 医疗应用
+ C1 U9 Z% b" d) k) L) N• 麦克风音频
% Z$ x7 ]' x! h: {4 y+ c
STM32 DFSDM架构图如下：

/ I( ?+ r" D6 d' n+ T
收发器
• 快速串行输入(20MHz)
  · SPI或曼切斯特编码模式
  · 时钟生成
& M% V2 n+ @" {; N" y! o•  内部并行输入
+ ^# R/ `" e$ I  ·由CPU/DMA写入的16位寄存器数据输入
& G' ?2 B6 K! @* p6 B0 |$ `; v$ G  · 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

/ P2 h7 \2 ~) T. BSTM32 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
+ s) z+ `7 N0 e/ [• 4个Sinc滤波器和积分器
•  4个输出数据单元
• 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

串行收发器

) C' J: k7 g) C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
9 X; r+ U4 p( ?: o% _• 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
' h( O* J8 g! u8 Y6 e/ @: y0 h. F: \  ·数据速率测量
  ·时钟缺失检测
  · 时钟速率高达20MHz
0 w$ B# {  `/ t$ e• 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 y9 r4 R! d- A
$ Y" F: J- n; j# T, k3 k并行收发器
! U6 u  j. k; a, K
, q8 h" j$ ^6 q4 T9 j4 ]6 V$ l功能
, H6 G. b) A- {: k•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
: a) `# t! [  I9 G7 g•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
% [: |. V2 ], P' W, z8 M• CPU或者DMA提供数据到DFSDM输入寄存器
. _& _& P- o/ e3 |- n. p( b' F9 @
STM32 DFSDM温度测量应用原理图如下：
$ s! i) m5 ], p- m) \9 W

& q6 z; n/ p. [7 \- `  W# S$ q- QSTPMS2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。
  }  t: |( z5 v0 }  t9 p+ ^
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。
" Z0 e4 W; D5 s
应用示例
硬件平台基于STM32L476G-EVAL。

7 i5 }$ ~  e  M# X# c( cCubeMX工程配置
选择STM32L476ZGTx，配置系统时钟为80MHz。
2 n( k3 K7 d7 L4 L- Y

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。
/ M. b; o9 d0 [' c' G6 A
. J- |0 f9 n) T; `6 S1 L, e# o$ j
对时钟进行80分频，设置DFSDM时钟为1MHz。


将PC2(DFSDM1_CKOUT)、PC7(DFSDM1_DATIN3)配置为下拉，GPIO高速模式。
: T8 z4 H2 _7 X- {" h0 g, F
" z. R/ }9 \3 }& y! L9 Y2 o
1 O4 A/ Q( |* [/ C3 o4 g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。




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。


: z  L' q" ~( T5 C/ z
添加注入完成回调函数，获取通道2和通道3的转换值。


# f9 ^) q; A2 c/ t3 t: _# h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。
1 L4 Q! r' q4 E0 W4 A. i
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。

  g' j- S9 N+ T& y# x% g+ k2 S
: B' a% o2 s! |6 ^! I# d9 d; Z9 K
- [& D# Y' b' R& Z  n2 w
  k# l' f3 _- w, V" w8 r- ?9 d  e0 L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。
, {6 P/ E5 Z. D6 w
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。
+ F  y7 w* y% B; V4 h. @
4 N2 p; ]  T. Z
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2017-4-5 17:18 上传

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更多实战经验

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第二关失败

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