【实战经验】STM32 DFSDM测量温度应用

[复制链接]

zero99 发布时间：2017-4-5 17:18

文章
文章封面:	-
文章简介:	-

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。

模块框图
STM32 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。
   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。
• Σ-Δ模块
  · 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。
  · 广泛的厂商支持： ST, TI, Analog Devices

• DFSDM = Digital Filter for Sigma Delta Modulators:
  ·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
•  电信号测量：电流、电压等。
• 马达控制
• 医疗应用
• 麦克风音频

STM32 DFSDM架构图如下：

收发器
• 快速串行输入(20MHz)
  · SPI或曼切斯特编码模式
  · 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，
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

STM32 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
• 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

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线曼切斯特编码
• SPI模式(时钟和数据线)
  · 上升沿、下降沿采样
  ·数据速率测量
  ·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。

并行收发器

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
•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
• CPU或者DMA提供数据到DFSDM输入寄存器

STM32 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。

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。

应用示例
硬件平台基于STM32L476G-EVAL。

CubeMX工程配置
选择STM32L476ZGTx，配置系统时钟为80MHz。

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。

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。

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。

添加注入完成回调函数，获取通道2和通道3的转换值。

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。

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。

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。