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。

0 o$ y) `2 e& a$ J模块框图
1 ~# t! T! D) B1 I' V: ASTM32 Σ-Δ转换器应用框图如下：
1 _/ i3 ?4 N3 l1 g8 _1 O- E1 O! v
7 G, y( z  t, J) H/ i
- X- W  F. R3 k0 K  M; G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。
; F& I3 R% @! x: P6 R7 d3 }& y       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。
# C" m) b  ?6 ?! k' ~$ D& e( t       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。
  P( z/ G9 x( ^7 v* M• Σ-Δ模块
  · 输入模拟信号
* j# U. H+ |6 l; @9 \  g  · 输出1位或2位的快速串行数字信号，可达20MHz速率。
! L9 p* q+ l5 W1 J$ T  · 广泛的厂商支持： ST, TI, Analog Devices

% ?# ?4 Y2 P! E5 D, S• DFSDM = Digital Filter for Sigma Delta Modulators:
  ·从Σ-Δ模块接收串行数据
. p% ~4 h3 X* |+ z, X( y5 ]) E- j  ·对接收到的Σ-Δ模块数据进行滤波
  ·最大24位的输出精度
/ Y; s4 l$ L: V- L
典型应用
•  电信号测量：电流、电压等。
8 I+ e% M8 s1 r' q+ _• 马达控制
  Y3 r8 P' X+ n1 n• 医疗应用
% o* ~9 M3 N/ x# _• 麦克风音频

STM32 DFSDM架构图如下：

% h! O) U; V( s( r5 s
收发器
# I( G5 A& W6 _$ }6 Z  ^6 p• 快速串行输入(20MHz)
7 e8 d; h) q& V- t+ w  · SPI或曼切斯特编码模式
+ a8 y3 g& S$ d! [3 H8 k  · 时钟生成
- B  \8 S$ Q! U$ C& Q•  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，
) g8 l9 j7 B, X2 G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

+ C, Q  o" ]6 n" H7 }% d( E7 VSTM32 DFSDM应用框图如下：
! G& M8 i6 A4 q0 t" [5 j) d, T
& p( U4 g) y+ e整个DFSDM模块包含如下接口：
•  8个串行收发器
; G/ N/ S# x, S$ U$ l! m( z6 \• 4个Sinc滤波器和积分器
: |9 |! j1 f4 c! {( P. }•  4个输出数据单元
$ }) K. G1 x5 v• 4个模拟看门狗
9 Z' |" F7 l" M# l% {% n# h+ X( E•  8个短路检测器
• 4个极值检测器
: t( Y0 S. O. c; W/ M. o; M• 8个并行数据进入寄存器

串行收发器
# N4 h- Z# _+ u4 W
  I& \( V$ ^/ A0 O+ v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。
. W+ w& s2 h- ~7 X3 r支持的协议
6 f. P) c0 C( b" r5 p* z" i• 1线曼切斯特编码
• SPI模式(时钟和数据线)
6 a" \4 K0 @4 M, Z7 c  · 上升沿、下降沿采样
0 p5 T8 O9 r0 c  ·数据速率测量
# a5 o7 f6 [! D9 @8 b: |. I! Q6 [  ·时钟缺失检测
  · 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。
+ U  R$ X: f4 C
并行收发器
# I% i1 K' R1 a; Z* Y5 a: E
5 x6 r( I% `  F) ~4 A# B/ `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。
/ Q1 ?+ X6 K  Z5 Y8 z( W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
  ·来自被收集数据的后期处理数据
- k9 X: b4 N7 N" t5 @• CPU或者DMA提供数据到DFSDM输入寄存器
, N" Y; {3 W* \5 s
STM32 DFSDM温度测量应用原理图如下：

  g+ v# W1 t! w
& [: @: c% w1 rSTPMS2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。

  Y/ k* F9 y7 x8 h$ YPT100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。

% M* U* |) T* }应用示例
* _% ~0 X# s, k% E$ u2 i硬件平台基于STM32L476G-EVAL。
2 [) I" K4 p$ [. }) w4 ~
CubeMX工程配置
选择STM32L476ZGTx，配置系统时钟为80MHz。
( g! h( G( n8 Y7 P
7 ^$ f% d& N) Z2 j& e
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。
- R& b: |6 ~$ V
+ C7 z3 g: `4 \0 ^. s' `4 B- J
对时钟进行80分频，设置DFSDM时钟为1MHz。

% x; j: b  `( E6 h2 A& [4 I
将PC2(DFSDM1_CKOUT)、PC7(DFSDM1_DATIN3)配置为下拉，GPIO高速模式。

3 ], Y6 I0 ^) ?! [- M0 b8 G
0 `6 I$ @8 q2 C& B7 w" V2 S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 v8 @' d. Y& `/ s% s5 @
' t, M$ O( Z" Y! z) W


! ?2 F; `( D" X$ s使能DFSDM1滤波器0全局中断。
3 R( ~( p7 u7 h0 s; w. L0 d
使能定时器1作为DFSDM转换的触发源，触发间隔为0.5秒。

. ]. Q9 O; Z3 S7 Q

添加注入完成回调函数，获取通道2和通道3的转换值。

3 R& {( i6 T% t: X( v9 f* z1 \% Z- t' K) u
. J& Z: n) q' S8 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。

( @2 T* |6 L4 x4 t3 DM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。

; f0 D$ u/ F, X$ u; tmain.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。
- k# ^4 u0 `$ m2 U' V
1 X$ \; p' Q. [7 \% x+ M
( T6 T2 q: o! B1 F( t3 }1 T
4 w0 w+ A  q) L
: C0 n! Q4 t" B, Z! e# ?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。
: J% N, i5 P) B( t( N
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。
# c& @/ b3 w1 e& ^4 A( I+ [

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2017-4-5 17:18 上传

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% A+ `* D1 X. y! k! M  @
1 r# g3 N% D) M* T. D更多实战经验
2 f! a+ z. J* g# g. C

介绍详细，十分有用，值得收藏！多谢了！

第二关失败

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