STM32 DFSDM测量温度应用

前言
) v; O8 h1 `( x6 T/ ~+ q3 XSTM32L4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。
0 Q5 N# O0 W2 \, ?# J
模块框图
STM32 Σ-Δ转换器应用框图如下：


, E& [* H1 O$ ?/ Y  h3 r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 W. G; ~6 D7 P8 e; m1 f0 m0 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。
       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。
  Y0 Y5 B& ?, P) Y1 W* _( H• Σ-Δ模块
  · 输入模拟信号
( s: h; a6 D# x, D# P( _% U: p  · 输出1位或2位的快速串行数字信号，可达20MHz速率。
  h' E( n' l* C% u  · 广泛的厂商支持： ST, TI, Analog Devices
# k0 z5 z7 {- E4 \
• DFSDM = Digital Filter for Sigma Delta Modulators:
  ·从Σ-Δ模块接收串行数据
  S1 h! X- C& \" T2 e  ·对接收到的Σ-Δ模块数据进行滤波
  ·最大24位的输出精度

/ ^* D) s( S/ `7 v  Z) ?典型应用
•  电信号测量：电流、电压等。
. V& k; G# k: a• 马达控制
# k# e2 R( M/ a5 Y3 j• 医疗应用
• 麦克风音频

STM32 DFSDM架构图如下：

/ `% {' r% i0 C; O
: [1 _. Q6 k! t4 Q) K收发器
% Z4 a) v0 w8 n# \• 快速串行输入(20MHz)
/ _8 _- W- D( |1 q% ]  · SPI或曼切斯特编码模式
  · 时钟生成
•  内部并行输入
* `, W# `9 }3 a0 o5 t# {9 }4 E6 ~  ·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，
滤波器
8 r) O. j! f' K7 |9 i# Y* O# _• 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
3 s9 t* ?; O3 Y5 L* H: R
STM32 DFSDM应用框图如下：
- b2 f1 m* X  K( x$ _
整个DFSDM模块包含如下接口：
4 K$ r. O3 a' a6 q5 a  l•  8个串行收发器
4 `5 v& l: T" k  y• 4个Sinc滤波器和积分器
  l& w1 \, h% c. t1 \/ u•  4个输出数据单元
  w1 o- n. Q$ v$ X0 B- w• 4个模拟看门狗
3 |/ S) x, Y$ [8 T- q7 X" U& l•  8个短路检测器
• 4个极值检测器
+ [3 W7 O$ }4 W• 8个并行数据进入寄存器

串行收发器

4 O/ @/ c* V2 A/ D7 k) Z功能
2 Q" l. ?8 f# g5 p( C( [  _• 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。
' Q1 l3 e# m6 f支持的协议
# H8 ~4 t. u. m$ Z0 |* w3 j9 G• 1线曼切斯特编码
  `/ {. d- W& j% {; L% g  a7 n• SPI模式(时钟和数据线)
  · 上升沿、下降沿采样
8 T5 T+ ?% V+ ~" J% f6 ?  ·数据速率测量
' w1 q3 z& |% i+ W, g( W  ·时钟缺失检测
  · 时钟速率高达20MHz
. D8 Q% t6 i! C) @' ?1 g: ^, l• 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 X3 S9 N/ Z7 C- A& a3 ~2 H
( {& j4 N4 @' r# r. S! o6 W& ~并行收发器

0 T' p8 c1 e% W' j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
9 z5 `7 \7 X% [/ V: t. g4 G! D•RAM数据后期处理
  · 来自内部ADC的数据处理
4 n# i& h; z4 z1 O  ·来自被收集数据的后期处理数据
0 |$ x9 L: B& U5 }; m1 |5 t2 \1 [• CPU或者DMA提供数据到DFSDM输入寄存器
0 f: o9 Z/ W! O! Q
STM32 DFSDM温度测量应用原理图如下：

9 K/ b. K: \8 m( @, K
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 v7 n, p* O& @; {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。
6 r9 n( u  i7 l; f/ q4 E
应用示例
硬件平台基于STM32L476G-EVAL。
, x" q9 a6 @7 s7 i7 M$ N
4 v' P" y+ c' H, `/ s9 ~7 x/ KCubeMX工程配置
& N5 o6 [' `! ~# d8 J* e& R选择STM32L476ZGTx，配置系统时钟为80MHz。
6 a" M9 S+ O8 t- ?" \7 r

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。


) h5 b/ a: I- ~6 d+ ]对时钟进行80分频，设置DFSDM时钟为1MHz。

6 _6 `; b  R. t  g
5 X& Z8 V1 x. z) {: Q) B& G7 y1 x将PC2(DFSDM1_CKOUT)、PC7(DFSDM1_DATIN3)配置为下拉，GPIO高速模式。

4 b0 S- R# q/ D& l& f- w; W& U* t
1 F) t  L7 U  l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。



( A, B' g1 K5 D- h; X
使能DFSDM1滤波器0全局中断。

4 f0 @4 p& Y8 w  m4 r$ d3 z* V使能定时器1作为DFSDM转换的触发源，触发间隔为0.5秒。
5 R1 O$ Q) r, E3 D1 t4 z$ n
2 d: c$ d+ U' b. I" z
0 R+ i' w5 {0 \. }: h; r( [  I
, l. u7 T5 B% W, @3 o, `添加注入完成回调函数，获取通道2和通道3的转换值。

& d1 p7 \% z: C, B; x( |$ x2 i5 J( H1 r/ r
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。
2 ]* J$ ^5 @0 j( s/ S: Q
4 h7 r8 i5 N# n% b5 O0 g# zM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。
2 ?4 R5 z! c) V5 i0 D
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。
1 `$ l5 V; D3 D$ i, p* c7 w

  |# f: F' e5 J$ p( A; [

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。
5 C0 E4 C4 ^9 y' E% ]/ b2 P, }
$ h* P% p" Q* x0 U. I% h; E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。
+ i! q: U8 H- o% G6 k( w

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2017-4-5 17:18 上传

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第二关失败

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. d9 s9 j0 ?) v" i6 E6 R