STM32中的DFSDM应用介绍

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2915 0 祈葉 发表于 2017-4-25 13:22:38
前言
STM32超低功耗系列中基于Cortex M4内核的STM32L4系列芯片内部集成了DFSDM数字滤波模块,配合Σ-Δ器件的使用,可进行高精度、高速率的AD测量。这里就DFSDM做些基本介绍,并结合STM32L4 MCU做一个实例应用演示。

应用系统框图

1.webp.jpg

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产品内置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,进行测量、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架图如下:
2.jpg
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:
3.webp.jpg
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
4.webp.jpg
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
5.webp.jpg
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

利用STM32 DFSDM进行温度测量的应用原理图如下:
6.webp.jpg
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.webp.jpg
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。
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