STM32F407VG模數(shù)轉(zhuǎn)換精準(zhǔn)采樣速率的設(shè)計(jì)

華北電力大學(xué) 陳邵權(quán) 王 濤 范寒柏 王 磊

1.引言

對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行頻譜分析時(shí)，一般需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行AD采樣，并確定采樣速率。而對(duì)頻率分辨率較高的場(chǎng)合，對(duì)采樣速率要求較為準(zhǔn)確，但一般的模數(shù)轉(zhuǎn)換器并不能保證準(zhǔn)確的采樣速率。由此，本文以STM32F407VG為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，介紹其設(shè)定出準(zhǔn)確的采樣速率的方案[1][2]。

2.STM32F407VG資源

(1)STM32F407VG數(shù)模轉(zhuǎn)換器

STM32F407VG數(shù)模轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)稱ADC，是12位逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，擁有多個(gè)通道，每個(gè)通道可以單次、連續(xù)、掃描或間接模式進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換又可分為規(guī)則轉(zhuǎn)換和注入轉(zhuǎn)換，這兩種轉(zhuǎn)換均可以由外部觸發(fā)。在72MHz工作頻率下，一次的模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間時(shí)間僅為1.17us。

(2)STM32F407VG直接存儲(chǔ)器

STM32F407VG直接存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱DMA，DMA用來在外設(shè)和存儲(chǔ)器之間或者存儲(chǔ)器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)可以通過DMA快速移動(dòng)，無須CPU干預(yù)，節(jié)省了CPU資源。擁有兩個(gè)DMA控制器，DMA1有七個(gè)通道，DMA2有5個(gè)通道，每個(gè)通道專門原來管理來自于一個(gè)或多個(gè)外設(shè)對(duì)存儲(chǔ)器訪問的請(qǐng)求。同時(shí)還有一個(gè)仲裁器來協(xié)調(diào)各個(gè)DMA請(qǐng)求的優(yōu)先權(quán)。

(3)STM32F407VG高級(jí)控制定時(shí)器

STM32F407VG高級(jí)控制定時(shí)器有兩個(gè)，為別為TIM1和TIM8。這兩個(gè)高級(jí)定時(shí)器由一個(gè)16位能夠向上、向下、向上向下自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器組成，并由一個(gè)可編程的預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)，預(yù)分頻系數(shù)可以從1～65535之間的任意數(shù)值，他們是完全獨(dú)立的，不共享任何資源。在主要功能中，可以作為ADC注入觸發(fā)的事件。

3.ADC定時(shí)采樣設(shè)計(jì)思路

由上面的介紹可知，STM32F407VG的ADC可以進(jìn)行注入轉(zhuǎn)換，注入轉(zhuǎn)換可以由定時(shí)器產(chǎn)生，ADC轉(zhuǎn)換之后的結(jié)果可以通過DMA通道快速轉(zhuǎn)移。由此，ADC精準(zhǔn)采樣的工作思路如圖1所示。

由轉(zhuǎn)換圖知，只要保證了定時(shí)器的觸發(fā)速度不大于ADC的轉(zhuǎn)換速度，那么定時(shí)器的注入觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換就能夠及時(shí)的采樣數(shù)據(jù)，并保證了每次采樣的間隔同時(shí)，也即能夠由定時(shí)器的定時(shí)觸發(fā)設(shè)定出精準(zhǔn)的采樣速率。

4.軟件設(shè)計(jì)

(1)ADC初始化設(shè)定

ADC轉(zhuǎn)換需要基準(zhǔn)源、輸入信號(hào)、轉(zhuǎn)換時(shí)鐘、轉(zhuǎn)換方式、轉(zhuǎn)換速率、轉(zhuǎn)換的分辨率、轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)齊方式等，由此選擇ADC基準(zhǔn)源設(shè)定了內(nèi)部基準(zhǔn)源，接著設(shè)定輸入信號(hào)的通道，開啟轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘，轉(zhuǎn)換方式為定時(shí)器觸發(fā)的注入的轉(zhuǎn)換方式，并設(shè)定了定時(shí)器內(nèi)部PWM上升沿觸發(fā)，轉(zhuǎn)換速率設(shè)定了轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的二分頻，轉(zhuǎn)換分辨率設(shè)定為12位，數(shù)據(jù)對(duì)齊方式為右對(duì)齊。

(2)定時(shí)器初始化設(shè)定

定時(shí)器初始化需要時(shí)鐘、計(jì)數(shù)方式、內(nèi)部Trig頻率及咱空比等，這里我們只需要內(nèi)部PWM的頻率以及上升沿能夠有效觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換即可，并且PWM的頻率可以隨時(shí)修改。

(3)DMA初始化設(shè)定

DMA數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移涉及DMA通道的選擇、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移地址、數(shù)據(jù)緩存大小等，這里只要選對(duì)相應(yīng)的ADC對(duì)應(yīng)的DMA通道即可。

程序流程見圖2。

ADC定時(shí)采樣ADC初始化設(shè)置代碼如下：

ADC_InitTypeDef ADC_ACCInit;

//定義結(jié)構(gòu)體參數(shù)ADC_ACCInit

ADC_ACCInit.ADC_Resolution=ADC_Resolution_12b;

//設(shè)置ADC分辨率為12位；

ADC_ACCInit.ADC_ScanConvMode=DISABLE;

//ADC非掃描模式

ADC_ACCInit.ADC_ContinuousConv-Mode=DISABLE;

//ADC非連續(xù)轉(zhuǎn)換

ADC_ACCInit.ADC_ExternalTrigConv-Edge=ADC_ExternalTrigConvEdge_Rising;

//ADC轉(zhuǎn)換由Trig上升沿觸發(fā)，也即定時(shí)器觸發(fā)的

ADC_ACCInit.ADC_ExternalTrigConv=

ADC_ExternalTrigConv_T8_CC1;

//設(shè)置Trig產(chǎn)生的源為定時(shí)器8通道1

圖1 注入轉(zhuǎn)換圖

圖2 程序設(shè)計(jì)流程

ADC_ACCInit.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;

//ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)對(duì)齊方式為右對(duì)齊

ADC_Init(ADC3,&ADC_ACCInit);

//初始化ADC參數(shù)

ADC_RegularChannelConfig(ADC3,ADC_Channel_12,1,ADC_SampleTime_3Cycles);

//選擇ADC信號(hào)輸入通道

ADC_DMARequestAfterLastTransferC md(ADC3,ENABLE);

//使能DMA數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)移

ADC_DMACmd(ADC3,ENABLE);

//使能ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的DMA請(qǐng)求

ADC_ExternalTrigInjectedConvConf ig(ADC3,ENABLE);

//使能外部Trig觸發(fā)源

ADC_ExternalTrigInjectedConvEdge Config(ADC3,ENABLE);

//使能外部Trig邊沿觸發(fā)

ADC_InjectedDiscModeCmd(ADC3,ENA BLE);

//使能ADC為注入轉(zhuǎn)換模式

ADC_Cmd(ADC3,ENABLE);

//使能ADC

定時(shí)器初始化以及DMA初始化比較簡(jiǎn)單就不一一列出。

5.結(jié)語

STM32F407VG模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC具有的注入轉(zhuǎn)換方式，可以配合自身的定時(shí)器TIM和快速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的DMA請(qǐng)求進(jìn)行精準(zhǔn)的信號(hào)采樣。本文對(duì)這三個(gè)資源進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上給出了實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的精準(zhǔn)采樣的方案。為需要精準(zhǔn)采樣速率的數(shù)字信號(hào)處理過程提供了可靠保證。

[1]STM3240G-MCU2.RM0090 Reference manual.2011.

[2]STM32F10xxx參考手冊(cè).2009.