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。
" V- A5 q8 {/ _3 t0 v
3 }: f$ D- [9 a) }8 L* J* D" G( l0 l模块框图
STM32 Σ-Δ转换器应用框图如下：
7 q9 T2 z) Q) k/ n8 ^
' Z) h+ X) b2 \9 h  [
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。
       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。
" E- W* T" K" H! s• Σ-Δ模块
  · 输入模拟信号
- d3 c$ f* U( R1 _- Q/ r. Y  · 输出1位或2位的快速串行数字信号，可达20MHz速率。
7 c. @& D( J: t9 r6 z  · 广泛的厂商支持： ST, TI, Analog Devices
7 w7 }, k% T) y5 V) S3 O
, ~3 @1 t$ \4 q  H. a• DFSDM = Digital Filter for Sigma Delta Modulators:
4 D/ b0 [3 U8 r* J0 ]  ·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
" k. b# h- G( v: X2 i9 ~  ·最大24位的输出精度
8 B: m% ]: A5 q1 p; N, `
典型应用
- M) v  ?1 X1 d2 I( s•  电信号测量：电流、电压等。
+ z1 h5 R0 D+ Q: N- P3 x" ^• 马达控制
, S' e# O% G$ e. @• 医疗应用
• 麦克风音频
, r# Q, n; \9 }. H  p& X+ z: B
STM32 DFSDM架构图如下：
( M. z0 a9 t1 {6 y
0 \, O  d% D- h% e, B3 R$ C, v2 L" E
3 F$ W5 f$ o" a2 @收发器
7 S8 p( ?( G6 M& g! I7 G' i• 快速串行输入(20MHz)
  · SPI或曼切斯特编码模式
8 ?" A0 @' g5 u% d+ P: q  · 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
- m2 }; ^% E5 s! W  · 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
9 t) J3 z3 g4 ~, t
2 V# B6 `' w8 ~1 X6 C: R* u2 W) QSTM32 DFSDM应用框图如下：

6 Q9 k2 {8 P- n' _/ c; a" Z5 y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
•  4个输出数据单元
* P; D  q+ e  F" F0 S• 4个模拟看门狗
# d' Z4 u. e* t/ m' r+ q% S•  8个短路检测器
6 J; z# r; G5 s, M& i- ~• 4个极值检测器
0 b) |: c, f' s! `* `# ?9 {• 8个并行数据进入寄存器

; |& B: n7 y2 B& h串行收发器
2 E, U  s* m. y" ^
5 g! R( h7 T4 j/ w2 P) C5 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 v9 n9 A6 \) c9 d' Y4 g7 I8 Q) Z) R• 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
! e4 R9 `5 `$ [& t: x  ·数据速率测量
- h( u. g2 m" S$ n5 h8 s2 `  ·时钟缺失检测
  · 时钟速率高达20MHz
/ T9 `' K! Y2 C  ~6 f* |; T• 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。
3 x6 k3 \! g# Z
, h0 K% C& ]) z( A8 x9 \并行收发器

* y/ ]  e# u% `: }3 E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。
5 X! }& e, o( S8 R5 p% M内部并行输入数据源
•RAM数据后期处理
$ g. }1 _& P6 D) {1 S# Q: [  · 来自内部ADC的数据处理
  ·来自被收集数据的后期处理数据
  S& Y( T. e, T• CPU或者DMA提供数据到DFSDM输入寄存器
1 q0 R9 K+ n2 e. K2 m$ g6 u
$ u! b) D4 ]0 S  E0 kSTM32 DFSDM温度测量应用原理图如下：


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。
0 d4 ^0 B9 f1 k
$ e* E3 O, v4 H* r: e" pPT100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。
+ I' Z  y5 Y' F
% o; ~! ]: I/ T0 N6 @% T7 L应用示例
硬件平台基于STM32L476G-EVAL。

CubeMX工程配置
- C  Z* q$ d6 A2 s选择STM32L476ZGTx，配置系统时钟为80MHz。


* g& w; f/ e3 y8 K9 k$ d! t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 E. n5 J3 E5 B8 v

) f% T! [/ O: M1 I. j对时钟进行80分频，设置DFSDM时钟为1MHz。

  z3 b- N( N9 ~7 f
( F0 S: c4 }- `( |6 A% f8 k将PC2(DFSDM1_CKOUT)、PC7(DFSDM1_DATIN3)配置为下拉，GPIO高速模式。


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  b- ~" s) B+ f% [6 ^
6 L. s# j+ \  X4 M2 s5 b1 k


0 T0 t. O" a$ |* J# S; `; U7 x使能DFSDM1滤波器0全局中断。

* T9 Z, Q* C* V& K使能定时器1作为DFSDM转换的触发源，触发间隔为0.5秒。
) a6 }$ X8 t" z- v3 T/ i/ a0 k  f

# a' K* L/ P+ R* {/ d3 O; Z
添加注入完成回调函数，获取通道2和通道3的转换值。
2 F, j" ~6 ]* X) x$ m

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。
+ m+ D# i' t* E7 D
' W  G7 z* ~" h  I: EM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。
- u  E6 d% l# U3 K5 M3 S
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。

* H& o6 z- @9 V


; L* X7 e3 ~3 j0 I) Y; ]- k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。

+ N, F& f, v' y* K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。


STM32 DFSDM测量温度应用.pdf (1.29 MB, 下载次数: 184)

2017-4-5 17:18 上传

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更多实战经验
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介绍详细，十分有用，值得收藏！多谢了！

第二关失败

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