基于STM32驱动AD7606并进行数据显示

基于STM32驱动AD7606并进行数据显示，包含了并行总线（FMC）和SPI两种最常用的接口方式。

AD7606驱动基础

关键特性

• 核心特性：8通道同步采样、16位分辨率、最高200Ksps采样率、输入范围±5V或±10V。
• 关键配置：AD7606没有内部寄存器，其量程（由RANGE引脚控制）和过采样（由OS0,OS1,OS2引脚组合控制）均通过外部IO配置。
• 供电注意：AD7606必须使用单5V供电，但其与STM32的通信接口电平由VIO（或称VDRIVE）引脚决定，此引脚需接STM32的IO口电压（3.3V或5V）。

下表总结了过采样引脚配置：

OS2	OS1	OS0	过采样率	说明
0	0	0	无过采样	最高200Ksps采样率
0	0	1	2倍	硬件内部采集2个样本求平均
0	1	0	4倍	硬件内部采集4个样本求平均
...	...	...	...	...
1	1	0	64倍	硬件内部采集64个样本求平均

过采样与速率的关系：过采样倍率越高，ADC转换时间越长，可得到的最大采样频率就越低。例如，设置1Ksps采样率且64倍过采样，是指AD7606内部以64Ksps采样并求平均，你得到的是平均值。

硬件连接方式

AD7606与STM32的连接主要有并行总线和SPI串行两种方式。

1. 并行总线（推荐用于高速或多通道应用）
   并行接口通常通过STM32的FMC（Flexible Memory Controller）总线实现，优点是读取速度快，适合多通道高速同步采样。

   • 关键引脚连接：
     • DB0-DB15：连接至FMC数据总线。
     • CS（片选）、RD（读信号）：连接至FMC控制引脚。
     • CONVST A/CONVST B（转换启动）：可短接共用STM32一个IO，或分别控制以实现更灵活同步。
     • BUSY（忙信号）：连接至STM32一个IO，用于查询转换状态，也可配置为中断。
     • OS0,OS1,OS2,RANGE：连接至STM32普通IO口用于配置。

2. SPI接口（推荐用于IO引脚紧张的应用）
   SPI接口优点是占用IO少，但读取速度低于并行方式。

   • 关键引脚连接：
     • SER引脚（模式选择）需接高电平，使AD7606工作于串口模式。
     • DB7（或标注为DOUTA）作为SPI的MISO，连接STM32 SPI的MISO。
     • RD（或标注为SCLK）作为SPI的SCK，连接STM32 SPI的SCK。
     • CS连接STM32的SPI片选或普通IO。
     • CONVST A/CONVST B、BUSY、OS0,OS1,OS2,RANGE连接方式同并行模式。

软件驱动实现

初始化配置

1. GPIO和总线初始化

   • 并行模式（FMC）：需配置STM32的FMC控制器，包括地址、数据总线和控制信号时序。AD7606_CtrlLinesConfig函数（可参考）即进行此类初始化，配置FMC和GPIO时钟，并设置相关引脚为复用功能。
   • SPI模式：初始化STM32的SPI外机（建议使用硬件SPI以获得更高速度），并配置相关GPIO。

2. AD7606复位和参数设置

   // 复位AD7606 (高脉冲宽度典型值50ns)
   void AD7606_Reset(void)
   {
       RST_1;  // 拉高复位引脚
       HAL_Delay(1); // 短暂延时
       RST_0;  // 拉低复位引脚
       // 也可用多个NOP指令满足50ns最小脉宽
   }
   
   // 设置过采样模式
   void AD7606_SetOversampling(uint8_t os_mode)
   {
       // 根据os_mode设置OS0, OS1, OS2引脚电平
       // 例如，无过采样: OS0=0, OS1=0, OS2=0
       switch(os_mode) {
           case 0: OS0_0; OS1_0; OS2_0; break;
           case 2: OS0_0; OS1_0; OS2_1; break;
           case 4: OS0_0; OS1_1; OS2_0; break;
           // ... 其他过采样模式
           case 64: OS0_1; OS1_1; OS2_0; break;
           default: OS0_0; OS1_0; OS2_0; break;
       }
   }
   
   // 设置输入量程 (0: ±5V, 1: ±10V)
   void AD7606_SetRange(uint8_t range)
   {
       if(range) {
           RAGE_1; // 设置为±10V
       } else {
           RAGE_0; // 设置为±5V
       }
   }
   

   初始化时依次调用：AD7606_Reset -> AD7606_SetOversampling -> AD7606_SetRange。

3. 转换启动与定时采样
   通常使用STM32的定时器产生精确的采样脉冲。

   // 启动一次转换
   void AD7606_StartConv(void)
   {
       CVA_0; // CONVST A拉低
       CVB_0; // CONVST B拉低 (若并联则可统一控制)
       // 延时至少25ns (最小CONVST脉冲宽度)
       CVA_1; // 上升沿启动转换
       CVB_1;
   }
   
   // 配置定时器控制采样频率 (示例使用TIM4)
   void MX_TIM4_Init(uint32_t ulFreq)
   {
       // ... 定时器基础配置
       uint16_t usPrescaler, usPeriod;
       // 根据所需采样频率ulFreq计算预分频和周期
       if (ulFreq <= 100) {
           usPrescaler = 42000-1;
           usPeriod = 2000 / ulFreq;
       } else if(ulFreq <= 200000) {
           usPrescaler = 42-1;
           usPeriod = 2000000 / ulFreq;
       }
       htim4.Init.Prescaler = usPrescaler;
       htim4.Init.Period = usPeriod - 1;
       // ... 调用HAL_TIM_Base_Init等函数完成初始化
   }
   

   在定时器中断中调用AD7606_StartConv()启动转换。

数据读取

1. 检查转换状态
   在启动转换后，需检测BUSY信号。

   // 查询方式等待转换完成
   while(HAL_GPIO_ReadPin(BUSY_GPIO_Port, BUSY_Pin) == GPIO_PIN_SET); // 等待BUSY变低
   // 或者配置BUSY引脚为下降沿触发外部中断，在中断服务函数中读取数据
   

2. 读取转换结果

   • 并行模式读取：

     // 并行读取多个通道数据 (例如6通道)
     void AD7606_ReadData(void)
     {
         uint8_t i;
         uint16_t usReadValue;
         AD_CS_LOW(); // 片选使能
         for (i = 0; i < CH_NUM; i++) { // CH_NUM为通道数，如6
             // 通过FMC数据总线读取16位数据
             usReadValue = *(__IO uint16_t *)FSMC_AD7606_ADDR; 
             // 存储数据到缓冲区
             if (g_tAD.usWrite < FIFO_SIZE) {
                 g_tAD.usBuf[g_tAD.usWrite] = usReadValue;
                 ++g_tAD.usWrite;
             }
         }
         AD_CS_HIGH(); // 关闭片选
     }
     

   • SPI模式读取：

     // 通过SPI读取一个通道的16位数据
     uint16_t AD7606_ReadBytes(void)
     {
         uint8_t high_byte, low_byte;
         uint16_t value;
         // 先读取高8位
         high_byte = SPI_ReadWriteByte(0xFF); 
         // 再读取低8位
         low_byte = SPI_ReadWriteByte(0xFF); 
         value = (high_byte << 8) | low_byte;
         return value;
     }
     
     // 读取所有通道
     void AD7606_ReadAllChannels(uint16_t *dataBuf)
     {
         uint8_t i;
         AD_CS_LOW();
         for(i = 0; i < 8; i++) { // 循环8个通道
             dataBuf[i] = AD7606_ReadBytes();
         }
         AD_CS_HIGH();
     }
     

数据显示与处理

读取到的原始数据是16位有符号整数（补码格式）。

1. 数据转换与显示

   // 将原始值转换为实际电压值
   float AD7606_ToVoltage(int16_t raw_value, uint8_t range)
   {
       float range_voltage;
       if(range == 0) { 
           range_voltage = 5.0f;   // ±5V量程
       } else {
           range_voltage = 10.0f;  // ±10V量程
       }
       // 16位有符号数范围: -32768 到 +32767
       return (raw_value / 32768.0f) * range_voltage;
   }
   
   // 通过串口打印数据 (以通道1为例)
   void USART1_SendData(float voltage)
   {
       char buffer[50];
       int length = snprintf(buffer, sizeof(buffer), "Ch1 Voltage: %.3f V\r\n", voltage);
       HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)buffer, length, HAL_MAX_DELAY);
   }
   

2. 高级应用：FFT分析
   若需要进行频谱分析，可使用STM32的DSP库进行FFT。

   // 准备工作
   #include "arm_math.h"
   #define FFT_SIZE 128 // 采样点数
   float32_t InputBuffer[FFT_SIZE]; // FFT输入数组
   float32_t OutputBuffer[FFT_SIZE]; // FFT输出数组
   arm_rfft_fast_instance_f32 S; // FFT实例结构体
   
   // 初始化FFT
   arm_rfft_fast_init_f32(&S, FFT_SIZE);
   
   // 在主循环或特定函数中
   // 1. 将ADC采样值（如int16_t）转换为浮点数并存入InputBuffer
   // 2. 执行FFT
   arm_rfft_fast_f32(&S, InputBuffer, OutputBuffer, 0);
   // 3. (可选)计算幅值
   // arm_cmplx_mag_f32(OutputBuffer, Magnitude, FFT_SIZE/2);
   

   具体FFT数据存放和处理细节可参考。

参考代码 AD7606高精度采样通过STM32显示代码 www.youwenfan.com/contentcnm/70824.html

常见问题与优化

• 采样时序问题：确保CONVST脉冲宽度（至少25ns）和读取时序满足数据手册要求。使用FMC或硬件SPI通常能较好地满足时序。
• 数据抖动：可采用过采样（牺牲速度换取稳定性）或在软件中进行数字滤波（如均值滤波）。
• 实时波形显示：可配合J-Scope等工具实时显示采集的波形。
• SPI速度限制：全速采样时（如200Ksps 8通道），SPI需高速时钟。若用软件模拟SPI，可能因IO速度导致数据读取不及时，此时应选用硬件SPI或并行方案。