STM32F37x/38x SDADC Sigma-Delta ADC

应用笔记 STM32F37x/38x SDADC (Sigma-Delta ADC) 入门 前言 STM32F37x/38x 系列微控制器整合了带有 DSP 与 FPU 指令 工作频率为 72 MHz 的 32 位 ARM Cortex-M4 内核和高级模拟外设 此系列是 Cortex-M4 内核和精确 16 位 Sigma-Delta ADC 的结合 本文概述了 SDADC 的主要特性, 并演示了怎样在各种应用案例中使用 SDADC 本文用举例的方法演示了四个应用案例 1. 使用 PT100 的温度测量 2. 使用 MPX2102A 的压力测量 3. 录音机 4. 心电图 (ECG) 捕获为帮助您快速上手, 四个应用案例都用 C 语言实现, 并作为 STM32F37x/38x DSP 和标准外设库包 stm32f37x_dsp_stdperiph_lib 和 STM32373C-EVAL 演示固件包 stm32373c-eval_fw. 的一部分请注意, 本文并不能取代 STM32F37x/STM32F38x 参考手册 RM0313 中的 Sigma-Delta 模数转换器 (SDADC) 一节 本文中给出的所有数值仅作参考 请参考相关的数据手册以获取有效的最新数据 表 1. 适用产品 类型 部件编号 微控制器 STM32F37x, STM32F38x 2012 年 12 月 Doc ID 023945 Rev 1 1/28 www.st.com

目录 AN4207 目录 1 sigma-delta 转换器基础....................................... 5 2 16 位 SDADC 概述........................................... 6 2.1 主要特性................................................... 6 2.1.1 时钟选择................................................. 6 2.1.2 输入模式................................................. 6 2.1.3 SDADC 电压参考.......................................... 10 2.1.4 校准.................................................... 11 2.1.5 匹配阻抗............................................... 15 2.1.6 低功耗模式............................................... 16 3 Sigma-delta (SD) vs. 逐次逼近型 (SAR) 模数转换器................................................ 17 4 应用程序示例............................................... 19 4.1 温度测量.................................................. 19 4.2 压力测量.................................................. 21 4.3 录音机................................................... 22 4.4 心电图 (ECG) 捕获........................................ 24 4.5 电表应用.................................................. 26 5 修订历史.................................................. 27 2/28 Doc ID 023945 Rev 1

表格索引 表格索引 表 1. 适用产品................................................................ 1 表 2. 电压步进大小........................................................... 10 表 3. 典型 SDADC 输入通道输入阻抗............................................. 15 表 4. SDADC vs. SAR ADC 特性比较............................................. 18 表 5. 温度传感器电压范围...................................................... 20 表 6. 压力传感器电压范围...................................................... 21 表 7. 文档修订历史........................................................... 27 Doc ID 023945 Rev 1 3/28

图片索引 AN4207 图片索引 图 1. sigma-delta 模数转换器框图................................................. 5 图 2. 差分模式中的输入信号范围.................................................. 7 图 3. 差分传感器至差分通道的典型连接............................................ 8 图 4. 单端偏移模式中的输入信号范围.............................................. 9 图 5. 单端零参考模式中的输入信号范围........................................... 10 图 6. SDADC 中的偏移误差..................................................... 11 图 7. SDADC 中的增益误差..................................................... 12 图 8. 使用精确参考电压进行增益校准............................................. 13 图 9. SDADC 软件校准步骤..................................................... 14 图 10. 输入通道的等效输入电路.................................................. 15 图 11. ADC 架构 vs. 分辨率和采样率.............................................. 17 图 12. 录音机应用框图.......................................................... 22 图 13. 录音机应用的流程图...................................................... 23 图 14. 心电图 (ECG) 捕获应用的框图............................................ 24 图 15. ECG 捕获应用的流程图................................................... 25 图 16. 使用 STM32F37x/38x 器件的三相电表应用.................................... 26 4/28 Doc ID 023945 Rev 1

sigma-delta 转换器基础 1 sigma-delta 转换器基础 Sigma-delta 转换器又称过采样转换器, 它包含两个基本电路 : 调制器和数字滤波器 ( 图 1) 在调制器中, 输入信号被加至数模转换器 (DAC) 输出的负反馈信号 通过集成电路之后, 信号的差值到达比较器的输入 (1 位 ADC), 在此与参考电压比较 ( 比较器作为 1 位量化器工作 ) 比较器的输入信号 (1 位 ADC) 控制着 1 位转换器, 到达数字滤波器的输入 数字滤波器降低流速, 将 1 位的流转换为 16 位的字 使用的滤波器拓扑确保了低通的阶为 Sinc³ 图 1. sigma-delta 模数转换器框图 Vin 1 ADC 1 16 1 DAC MSv31135V1 Doc ID 023945 Rev 1 5/28

16 位 SDADC 概述 AN4207 2 16 位 SDADC 概述 2.1 主要特性 2.1.1 时钟选择 2.1.2 输入模式 STM32F37x/38x 器件具有三个嵌入式 Sigma-Delta 模数转换器 (SDADC) 它们可以同步, 且每一个都有下列主要特性 : 有效位数 (ENOB) 等于 14 位 5 个差分输入对, 或者 9 个单端输入, 或它们的组合 高性能数据吞吐量 : 当在不同通道之间复用时, 为 16.6 ksps 输入采样率 单通道工作时为 50 ksps 输入采样率 可编程增益 :x0.5 x1 x2 x4 x8 x16 及 x32 可选参考电压 :V DDSD 1.22 V 1.8 V 及 V REF SDADC 时钟由 SDADCCLK 提供, 它按可选的倍数将系统时钟 (SYSCLK) 预分频 :2 4 6 8 10 12 14 16 20 24 28 32 36 40 44 和 48 SDADC 的典型工作频率为快速模式下 6 MHz 及慢速模式下 1.5 MHz 示例 : 如果 SYSCLK 设为 72 MHz, 则 SDADC 分频器应设为 SYSCLK/ 典型频率 : 快速模式 : 预分频 = 72 MHz / 6 MHz = 12 低速模式 : 预分频 = 72 MHz / 1.5 MHz = 48 SDADC 有三种可能的输入模式, 也可组合使用 差分模式 : 单端偏移模式 单端零参考模式 差分模式 当所用传感器产生的信号非常小, 易受噪声影响时, 推荐使用差分模式 当使用热电偶和桥式传感器 ( 压力传感器 ) 时, 尤其如此 在差分模式中,SDADC 转换的是 SDADCx_AINyP 和 SDADCx_AINyM 的差值 结果可能是正值或负值, 取决于哪个输入电压更高 注 : SDADC 无法测量负电压, 并且每个通道的输入电压都必须在器件的电气极限之内 输入范围为 [-Vref/(2*gain), + Vref/(2*gain)], 转换值范围为 [-32767, +32767] 6/28 Doc ID 023945 Rev 1

16 位 SDADC 概述 示例 : 对于 1.22V 的参考电压, 1 倍增益, 输入范围为 +/- 0.61V 公式为 : Vin = SDADCx_AINyP - SDADCx_AINyM = ReadData * Vref/(2 x gain x 32767) 其中, ReadData 为 SDADC 数据寄存器的两个补充读数据 (SDADCx_JDATAR 或 SDADCx_RDATAR) 图 2. 差分模式中的输入信号范围 SDADCx_AINyP - SDADCx_AINyM + Vref/(2x ) - Vref/(2x ) MSv31128V1 图 3 显示了怎样将桥式传感器连接至 16 位 SDADC 如下所示, 正输入 (SDADCx_AINyP) 和负输入 SDADCx_AINyM) 连至传感器输出 Doc ID 023945 Rev 1 7/28

16 位 SDADC 概述 AN4207 图 3. 差分传感器至差分通道的典型连接 SDADC_VREF+ Vref SDADCx_INyP SDADCx_INyM STM32F37x SDADC_VREF- MSv31129V1 单端偏移模式 在单端偏移模式中, 通过将负输入内部连至 0 V 进行转换, 负输入的相应引脚 (SDADCx_AINyM) 可用作其它用处 要测量的信号施加于正输入 SDADCx_AINyP 此工作模式与差分模式类似, 只是输出数据范围仅为 0 到 +32767, 而不是 32767 到 +32767, 因此有一半的动态范围损失, 导致 SNR 下降 公式为 : Vin = SDADCx_AINyP = ReadData * Vref/(2 x 增益 x 32767) 其中, ReadData 为 SDADC 数据寄存器的两个补充读数据 (SDADCx_JDATAR 或 SDADCx_RDATAR) 8/28 Doc ID 023945 Rev 1

16 位 SDADC 概述 图 4. 单端偏移模式中的输入信号范围 SDADCx_AINyP Vref/(2x ) MSv31130V1 单端零参考模式 信号施加于正输入 SDADCx_AINyP, 负输入设为信号参考 ( 一般为 0 V) 此模式将一半标度的输入共模注入 ADC, 以此保持了与差分模式一样的动态范围 (-32767 到 +32767) 在此模式中, 注入的共模取决于增益变化 公式为 : Vin = SDADCx_AINyP = (ReadData + 32767) * Vref/( 增益 x 65535) 其中, ReadData 为 SDADC 数据寄存器的两个补充读数据 (SDADCx_JDATAR 或 SDADCx_RDATAR) Doc ID 023945 Rev 1 9/28

16 位 SDADC 概述 AN4207 图 5. 单端零参考模式中的输入信号范围 SDADCx_AINyP Vref/ MSv31131V1 注 : 当通道 p (p 为偶数 ) 用于差分模式中时, 通道 p+1 会自动用作负输入 (SDADCx_AINyM), 因此通道 p+1 不能用于单端模式 ( 零参考模式或偏移模式 ) 当通道 4 配置于差分模式中时, 通道会 5 自动用作负输入, 因此通道 5 不能用于单端偏移模式或单端零参考模式 2.1.3 SDADC 电压参考 SDADC 可从四个源中选择 : 1. VREFINT1:1.2V 嵌入式参考电压 2. VREFINT2:1.8V 嵌入式参考电压 3. VDDSD:SDADC 模拟供电电压 范围为 2.2 V 至 3.6 V 4. VREFSD+: 外部 SDADC 参考电压 范围为 1.1 V 至 VDDSD 下表显示了使用三种可能的参考时的每位电压权重 ( 步进大小 ) 表 2. 电压步进大小 VREFSD+ µv/bit VREINT1:1.2 18.46 VREINT2:1.8 27.69 3.3V 50.35 10/28 Doc ID 023945 Rev 1

16 位 SDADC 概述 2.1.4 校准 为使 SDADC 有最好的性能, 应校准两个参数 它们是偏移和增益 偏移校准 偏移误差为常量, 会加至理想转换值之上 图 6 显示了偏移误差 STM32F37x/38x 器件中内置的 SDADC 提供了自动偏移校准, 不需增加外部元件 它的原理可总结为下述步骤 : 1. 内部短接两个通道输入 ( 正负 ) 2. 执行转换, 将结果存储于内部寄存器 ( 配置寄存器 ) 3. 在标准转换时, 从转换值中自动减掉校准值 注 : 推荐在 SDADC 配置之后至少运行一次校准 图 6. SDADC 中的偏移误差 1 2 MSv31132V1 增益校准 另一个误差源是增益误差 如图 7 中所示, 增益误差为 SDADC 传递函数到与理想直线之间的偏离 它是由内建的可编程放大器引起的 根据器件的数据手册, 典型的模拟增益误差为 -2.7%, 这意味着增益误差可达到 884 ( 最大电压时 ) 因此, 当执行精确测量时, 必须降低该增益误差 Doc ID 023945 Rev 1 11/28

16 位 SDADC 概述 AN4207 图 7. SDADC 中的增益误差 1 3 2 MSv31133V1 注 : SDADC 中实现了两类增益 : 模拟增益 :x1/2 x1 x2 x4 x8 数字增益 :x16 和 x32 增益校准时只考虑模拟增益 增益校准需要一个外部精确参考, 做法是在 SDADC 输入施加精确参考电压 (AccRef), 然后得到 SDADC 输出 增益按下式计算 :AccRef/( 输出 x Vref/65535) 算出的增益可存储于非易失性存储器 ( 闪存 ) 中, 在捕获阶段使用在运行增益校准前, 必须运行偏移校准 12/28 Doc ID 023945 Rev 1

16 位 SDADC 概述 图 8. 使用精确参考电压进行增益校准 Vref SDADC_VREF+ 1 SDADCx_INyP 2 1 2 I/O STM32F37x SDADC_VREF- MSv31134V1 Doc ID 023945 Rev 1 13/28

16 位 SDADC 概述 AN4207 偏移和增益校准的软件流程 下面的流程图显示了一个使用偏移和增益校准的典型 SDADC 应用 图 9. SDADC 软件校准步骤 SDADC...) SDADC MSv31136V1 14/28 Doc ID 023945 Rev 1

16 位 SDADC 概述 2.1.5 匹配阻抗 在源和 MCU 引脚之间的模拟信号源的阻抗或串联电阻 (R AIN ), 可能会因为流入引脚的电流而导致其上的电压降 在 SDADC 中, 通道输入阻抗取决于 : 1. SDADC 时钟 2. 模拟增益 (0.5-8) 下图显示了输入通道的等效输入电路, 其中 R in 为 SDADC 模拟输入的输入阻抗, 可由下面的公式计算 1 R in = ----------------------- 2 f clk C 图 10. 输入通道的等效输入电路 SDADCx_AINxP chclk R AIN chclkz C = 0.543 pf + 0.152 pf * V AIN SDADCx_AINxM chclkz chclk C = 0.543 pf + 0.152 pf * R AIN : V AIN : MSv31137V1 表 3. 典型 SDADC 输入通道输入阻抗 频率 增益 R IN 1.5 MHz 0.5 540 KΩ 6 MHz 0.5 135 KΩ 6 MHz 8 47 KΩ Doc ID 023945 Rev 1 15/28

16 位 SDADC 概述 AN4207 2.1.6 低功耗模式 16 位 SDADC 是高分辨率和低功耗的结合, 适合电池供电的产品 如果 SDADC 持续开机, 它的耗电为最大 1.2 ma ( 典型值为 800 µa) SDADC 有三个主要的低功耗模式 : 1. 慢速模式 : 在此模式中, SDADC 耗电为最大 600 µa, 采样率降为最大 12.5 Ksps 2. 待机模式 : 在此模式中, SDADC 耗电为最大约 200 µa, 但每次要离开待机模式时, 都需要 300 个 SDADC 时钟周期 (50 µs @ 6 MHz) 的稳定时间 3. 关机模式 : 在此模式中, SDADC 耗电为最大约 2.5 µa, 但每次要离开待机模式时, 都需要 600 个 SDADC 时钟周期 (100 µs @ 6 MHz) 的稳定时间 16/28 Doc ID 023945 Rev 1

Sigma-delta (SD) vs. 逐次逼近型 (SAR) 模数转换器 3 Sigma-delta (SD) vs. 逐次逼近型 (SAR) 模数转换器 模数转换器的不同架构满足了不同应用的需要 市场上的主要类型有 : 逐次逼近型 (SAR) ADC: 逐次逼近型 (SAR) 模数转换器 (ADC) 常用于嵌入式系统, 采样率小于 5 兆次采样每秒 (Msps) 分辨率范围为 8 到 16 位 此类 ADC 用于工业控制应用 Sigma-delta ADC (SDADC):Sigma-Delta 模数转换器 (ADC) 用于需要高分辨率的低速应用 使用过采样, 分辨率可达到 24 位, 但采样率仅限为几 ksps Flash ADC: 是最快的一类模数转换器 它们适合需要超高采样率的应用 然而, flash 转换器的分辨率低 (12 位 ) 此类 ADC 用于示波器 图 11 给出了不同 ADC 架构总览, 比较了它们的分辨率和采样率 图 11. ADC 架构 vs. 分辨率和采样率 24 Sigma Delta 16 12 SAR 8 Flash 100 k 5 M 5 G / MSv31138V1 STM32F37x/38x 器件具有两类嵌入式 ADC:12 位 SAR ADC 和 16 位 SDADC 表 4 总结了这两类 ADC 之间的差别 Doc ID 023945 Rev 1 17/28

Sigma-delta (SD) vs. 逐次逼近型 (SAR) 模数转换器 AN4207 表 4. SDADC vs. SAR ADC 特性比较 特性 SDADC SAR ADC 最大采样率 50 Ksps (1) 1 Msps 分辨率 16 位 12 位 输入模式单端差分单端 内嵌增益 0.5x 到 32x 无 通道数 5 个差分输入对, 或者 9 个单端输入 16 个单端输入 实例数 3, 具有同步能力 1 自动偏移校准 有 有 模拟看门狗无有 常规转换的触发源 注入转换的触发源 软件 另一 SDADC 的转换开始 软件 嵌入式定时器 外部事件 另一 SDADC 的转换开始 1. 当选择单通道时, 采样率为 50 ksps ; 当在不同通道间复用时, 为 16.6 ksps 软件 嵌入式定时器 外部事件 软件 嵌入式定时器 外部事件 输入范围 [V REF-, V REF+ ] 参考电压 (2) 输入阻抗 1.22 V 1.8 V VDDSD VREFSD+ V REF+ 47 KΩ 到 540 KΩ 125 KΩ 到 2500 KΩ 2. 对于 SDADC 来说, 输入阻抗取决于所选的增益和所选的工作频率 (1.5 MHz 或 6 MHz) 对于 SAR ADC 来说, 输入阻抗取决于使用的采样频率 (0.05-1 MHz) 和采样电容 (8pF) 18/28 Doc ID 023945 Rev 1

应用程序示例 4 应用程序示例 本节内容说明内置于 STM32F37x/38x 器件中的 16 位 SDADC 怎样用于温度测量 压力测量 三相电表 录音机等应用程序示例 4.1 温度测量 本应用演示怎样利用连接至 STM32373C-EVAL 评估板上的 PE7 的 PT100 传感器, 使用 16 位分辨率的 Sigma-Delta 模数转换器进行精确温度测量 应用源代码位于 STM32F37x DSP 和标准外设库包 stm32f37x_dsp_stdperiph_lib 中的 Project\STM32F37x_StdPeriph_Examples\SDADC 文件夹 STM32373C-EVAL 板上的电流源电路用于为温度传感器 PT100 提供固定的 1 ma 电流 ( 当 V DD = 3.3 V 时 ),PT100 通过标号为 R33 的参考电阻 1K8 连至 SDADC1 通道 3P(PE7) SDADC 配置为单端偏移模式 输入范围为 0 V 到 V REF /(2* 增益 ) 在本应用中,SDADC 内部增益设为 8, 因此范围为 0 V 至 V REF /16 通过 JP17 可以为 SDADC 提供外部参考电压 V REF +( 在 STM32373C-EVAL 上设为 3.3V), 因此测量范围为 0 V 至 V REF /16 = 0.20625V 转换以连续模式进行, 常规转换结束可产生中断 温度由如下公式计算 : Rpt100 = 100 + 0.385 * T T = (Rpt100-100) / 0.385 Vpt100 = Rpt100 * Ipt100 = Rpt100 * VDD_ANA / 2 * Rref Rpt100 = Vpt100 * 1800 * 2 / VDD_ANA T = ((Vpt100 * 1800 * 2 / VDD_ANA) - 100) / 0.385 其中 : Rpt100 为 PT100 传感器的电阻 Vpt100 为 PT100 传感器上测得的电压 Ipt100 为流过 PT100 传感器的 ~ 1mA 电流 VDD_ANA 为模拟电压 Rref 为 STM32373C-EVAL 上标号为 R33 的参考电阻 1K8 Doc ID 023945 Rev 1 19/28

应用程序示例 AN4207 表 5. 温度传感器电压范围 V DD = 3.3V 温度电阻 (Ω) 电压 (mv) 0 100 91.667 Rref = 1.8 K 20 107.7 98.725 50 119.2 109.2667 温度测量分两步执行 : 1. 温度传感器校准 : 此阶段执行时将 JP18 置于 2-3(REF) 位置 100 Ohm 电阻连至 PE7, PE7 通过参考电阻连至 VREF SDADC 转换器测量施加于 PE7 上的模拟电压, 然后算出校正系数 这就校准了增益 在此阶段中不连接 PT100 2. 温度测量 : 此阶段执行时 JP18 置于 1-2 (PT100) 位置 PT100 传感器连至 PE7, PE7 通过参考电阻连至 VREF SDADC 转换器测量施加于 PE7 上的模拟电压, 然后根据下式算出温度 : TemperaturePT100 = (((((CoeffCorrection * (AvrgRegularConvData/SDADC_GAIN) * REFERENCE_RESISTOR * 2) / SDADCRESOL) - RESISTANCE_ZERODEGRE) / RESISTANCE_COEFFICIENT); 其中 : AvrgRegularConvData 为 256 个采样的平均值 SDADC_GAIN 为内部 SDADC 增益 在本例中它设为 8 CoeffCorrection 为在第 1 阶段中算出的校正系数 REFERENCE_RESISTOR 为 STM32373C-EVAL 上标号为 R33 的参考电阻 1K8 SDADCRESOL 为 sigma delta 转换器 :2e16-1 RESISTANCE_ZERODEGRE 为 0 C 时 PT100 的电阻 RESISTANCE_COEFFICIENT 为 PT100 传感器的系数 20/28 Doc ID 023945 Rev 1

应用程序示例 4.2 压力测量 本应用演示怎样利用 STM32373C-EVAL 评估板上的绝对压力传感器 MPX2102A, 使用 16 位 sigma-delta 模数转换器进行压力测量 应用源代码位于 STM32F37x DSP 和标准外设库包 stm32f37x_dsp_stdperiph_lib 中的 Project\STM32F37x_StdPeriph_Examples\SDADC 文件夹 在 STM32373C-EVAL 板上, MPX2102A 传感器连至 SDADC1 通道 8P (PE8) 和通道 8N (PE9) 当供电电压为 3.3 V 时,MPX2102A 灵敏度为 3.3 V * 40 mv / 10 V = 13.2 mv/1000 mb = 13.2 microv/mb 为提高灵敏度, 使用 STM32373C-EVAL 上安装的 TVS632 运算放大器, 施加了外部 45.1 增益 使用同样的运算放大器, 将输入电压降至 3.3 V/10 = 0.33 V 表 6. 压力传感器电压范围 压力 (HPa) 传感器输出上的差分电压 SDADC 输入上的差分电压 800 10.56 mv 146.256 mv V DD = 3.3V 1000 13.2 mv 265.32 mv 1200 15.84 mv 384.384 mv 注 : 有关 MPX2102A 怎样连至 PE8 和 PE9 的详细信息, 请参考 STM32373C-EVAL 用户手册 SDADC 通道 8 配置为差分模式 外部参考 VREF ( 在 STM32373C-EVAL 上设为 3.3 V) 用作 SDADC 的参考 转换由 TIM19 定时器触发, 注入转换结束时产生中断 输入电压使用如下公式计算 : inputvoltage = (InjectedConvData * (SDADC_VREF / (SDADC_RESOL * SDADC_GAIN))) + OFFSET_VOLTAGE; 其中 : InjectedConvData: 从 SDADC 数据寄存器读出的数字值 SDADC_VREF: 为 sigma delta 转换器电压参考 : 外部设为 3.3V SDADC_RESOL: 为 sigma delta 转换器分辨率 :2e16-1 SDADC_GAIN: 为内部 SDADC 增益 在本例中, 它设为 4 倍 OFFSET_VOLTAGE: 由运算放大器 TVS632 增加的偏移电压 ( 大约为 3.3 V/10 = 0.33 V) 压力使用如下公式计算 : PressuremB = ((1000000 * inputvoltage) / (MPX2102_SENSITIVITY * EXTERNGAIN)); Doc ID 023945 Rev 1 21/28

应用程序示例 AN4207 4.3 录音机 本应用演示了怎样利用 STM32373C-EVAL 评估板上安装的电容式麦克风, 使用 16 位 Sigma- Delta 模数转换器记录话音 应用源代码位于 STM32373C-EVAL 演示固件包 stm32373c-eval_fw 的 Project\STM32373C-EVAL\src\waverecorder.c 文件麦克风通过音频放大器 / 滤波器连至 SDADC1 通道 6(PB0) SDADC 配置为单端零参考模式, 由 TIM13 以 8 KHz 采样率触发录音 录音机应用使用乒乓缓存 : 在一个缓存被主动写入 MicroSD 存储卡的同时, 第二个缓存被新的采样填充 使用开源文件系统 FatFS 对 MicroSD 存储卡进行写操作 图 12 显示了录音机应用框图 图 12. 录音机应用框图 SPI Cortex M4 CPU FPU/MPU 72 MHz STM32F37x SRAM AOP 16 ΣΔ SDADC TIM13 MSv31139V1 本应用的流程图在图 13 中给出 22/28 Doc ID 023945 Rev 1

应用程序示例 图 13. 录音机应用的流程图 MicroSD wave Init SDADCInit TIM13 TIM13 IRQ SDADC TIM4 IRQ MicroSD TIM4 SDADC TIM13... wave TIM4 TIM13 MSv31140V1 Doc ID 023945 Rev 1 23/28

应用程序示例 AN4207 4.4 心电图 (ECG) 捕获 本应用演示了怎样利用 STM32373C-EVAL 评估板上安装的两个 ECG 电极 TS1 和 TS2, 使用 16 位 Sigma-Delta 模数转换器捕获人体 ECG 注 : 应用源代码位于 STM32373C-EVAL 演示固件包 stm32373c-eval_fw 中的 Project\STM32373C-EVAL\src\applications.c 文件两个 ECG 电极 TS1 和 TS2 通过 ECG 放大器 / 滤波器连至 SDADC1 通道 0(PE12) SDADC 配置为单端零参考模式, 由 TIM3 定时器使用 480 Hz 采样率触发转换 ECG 捕获应用使用乒乓缓存 : 在一个缓存被主动滤波 ( 使用带通滤波器 ) 显示在 LCD 上的同时, 第二个缓存被新的 ECG 采样填充 使用 ARM DSP 库对 ECG 采样滤波 下面的图 14 显示了心电图捕获应用的框图 图 14. 心电图 (ECG) 捕获应用的框图 SPI Cortex M4 CPU FPU/MPU 72 MHz STM32F37x SRAM AOP 16 ΣΔ SDADC DMA TIM13 480/sec MSv31141V1 24/28 Doc ID 023945 Rev 1

应用程序示例 本应用的流程图在下图中给出 图 15. ECG 捕获应用的流程图 ECG DMA / IRQ Init SDADC TIM3 DMA Init SDADC Init TIM13 SDADC FIR SDADC DMA / LCD SDADC TIM3 MSv31142V1 Doc ID 023945 Rev 1 25/28

应用程序示例 AN4207 4.5 电表应用 模数转换器是电表应用的最重要部分,STM32F37x/38x 器件中内置的 SDADC 满足了此类应用的需求 一般来说, B 类电表需要 1.5% 电流测量精度, 这意味着需要用 14 位有效位数 (ENOB) 的 ADC 对于电压测量, 没有严格要求, 因此可使用 SAR ADC 进行电压测量, 它与测量电流的 SDADC 保持同步 模数转换器的另一个限制参数是采样率 对于电表应用, 最高 12.8 ksps 的采样率足以满足谐波频谱分析的需要 如图 16 中所示, 在电表应用中, 相位测量包含使用 SAR ADC 的单端模式测量电压 :Va Vb 和 Vc, 而电流 (Ia Ib 和 Ic) 则使用 SDADC 在差分模式中转换 它们都由同一个定时器 ( 例如 TIM19) 触发 图 16. 使用 STM32F37x/38x 器件的三相电表应用 c b a Va Vb Vc ADC_IN0 ADC_IN1 ADC_IN2 STM32F37x 3 2 1 Ic Ib Ia SDADC3_AIN0P SDADC3_AIN0M SDADC2_AIN0P SDADC2_AIN0M SDADC1_AIN0P SDADC1_AIN0M MSv31143V1 26/28 Doc ID 023945 Rev 1

修订历史 5 修订历史 表 7. 文档修订历史 日期修订变更 2012 年 12 月 13 日 1 初始版本 Doc ID 023945 Rev 1 27/28

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