适用于STM32微控制器的∑∆数字接口入门

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STMCU小助手发布时间：2022-7-25 16:06

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文章简介:	适用于STM32微控制器的∑∆数字接口入门

引言
DFSDM（数字滤波器，用于∑∆调制器）是一种创新的嵌入式外设，可用于一系列STM32微控制器（参见表 1：适用产品），对于处理外部模拟信号的应用尤为重要。
虽然DFSDM是纯数字外设，但它可以支持各种外部模拟前端。通过将模拟前端部件（∑∆调制器）保持在微控制器外部，用户可以根据应用要求（模拟量程、噪声、采样速度）灵活选择模拟属性。
来自Σ-∆调制器的原始转换数字数据由DFSDM外设（数字滤波）进行处理。DFSDM配置足够灵活，可支持各种转换数据属性：输出数据宽度、输出数据速率、输出频率范围。
从应用的角度来看，带有外部模拟前端的DFSDM就像一个ADC转换器。DFSDM中还提供ADC的典型附加功能，如模拟看门狗、极值检测器和偏移校正。
参考：
[TUTORIAL] 在本文档中，[TUTORIAL]指的是以Microsoft® Excel®工作簿形式提供的DFSDM模拟器，可以使用带有关键字“DFSDM_tutorial”的主页搜索引擎，可从www.st.com下载。

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1 使用DFSDM的A/D转换原理概述
本文档支持基于Arm®(a)的设备。

1.1 使用DFSDM的A/D转换基础概念
使用DFSDM的模数转换基础框图请参见图 1。图1. 使用DFSDM的A/D转换框图

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外部∑∆调制器将模拟信号转换为数字1位流（DATA和CLK信号），从而对外部模拟信号进行处理。1位流是逻辑1和0的快速串行线流：DATA信号由CLK（时钟信号）采样。在足够长的持续时间内计算的这些逻辑1和0的平均值表示模拟输入值。取平均值周期的持续时间决定了模拟输入信号捕获的精度。
由STM32微控制器DFSDM外设（DFSDM =数字滤波器，用于∑∆调制器）对1位流取平均值。DFSDM获取并处理1位数据流（数字滤波，取平均）。DFSDM以低于输入1位流的数据速率、更高的分辨率输出数据样本。DFSDM数字滤波器设置定义输出分辨率和数据速率。

1.2 ∑∆调制器
DFSDM外设需要一个外部模拟前端，用于执行模拟信号源的A/D转换。该外部模数转换在∑∆调制器中执行。
∑∆调制器包含1位(b)A/D转换器，后者将输入模拟数据进行数字化处理，转换为串行数字数据流。对模拟输入进行采样，并将其转换为具有交替的0和1的1位数字数据流。在给定时间间隔期间计算的数字流的平均值，表示在相同时间间隔期间输入模拟信号的平均值。
∑∆调制原理可以表示为特殊的PWM调制，其中，周期和占空比都将进行调制（但周期是固定的，按照典型的PWM调制方式对占空比进行调制）。参见图 2和图 3，了解PWM和∑∆调制之间的比较结果。

接下来，STM32微控制器DFSDM外设对输出∑∆调制器的数字数据流进行处理。DFSDM使用需要根据应用要求而配置的参数，执行数字过滤。
注：为了进行分析，数字流通常从二进制0和二进制1权重“转换”为+1和-1权重，用于与无任何DC分量的输入电压进行比较。零输入电压产生占空比50:50（使用一阶∑∆调制器）。

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1.3数字滤波器
DFSDM外设（数字滤波器，用于∑∆调制器）处理A/D转换的数字部分。数字数据流由外部∑∆调制器提供。DFSDM的基本功能是实现数字滤波器。DFSDM处理流程包括对快速速率输入串行流取平均值，产生具有更高分辨率的并行、低速率数据输出。DFSDM嵌入式滤波器具有一组可配置参数，可以调整输出分辨率和数据速率，满足应用要求。
DFSDM具有其他与ADC相关的功能，包括：
•每个通道上的独立快速看门狗，具有可编程速度和分辨率，可检测超过最小或最大允许电压电平的输入信号。
•刹车信号生成，用于即时向其他外设（定时器）报告模拟看门狗或短路检测等事件。
•每个通道上的短路检测器，可以非常快速地检测信号钳位：当输入电压达到其中一个模拟量程限制，并在超过给定的持续时间内保持稳定时（独立于主转换）。
•极值检测器，用于记录最小和最大输入电压偏移。

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