基于STM32平台实现AD7606高精度采样

一、硬件连接方案

1. 电路连接（STM32F407+AD7606）

STM32引脚	AD7606引脚	功能说明
SPI1_SCK	SCK	时钟信号
SPI1_MOSI	SDATA	主出从入
SPI1_MISO	D0-D15	主入从出（16位数据）
PA0	CONVST	转换启动
PA1	BUSY	忙信号检测
PA2	CS	片选控制
3.3V	VREF	参考电压
GND	GND	公共地

2. 跳线配置

• 连接 J19-J20（AD7606电源）
• 断开 RANGE 引脚（默认±5V输入）

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二、软件开发流程

1. SPI初始化（HAL库）

// SPI1初始化（AD7606通信）
void MX_SPI1_Init(void)
{
  hspi1.Instance = SPI1;
  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_16BIT;  // 16位数据传输
  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; // CPOL=0
  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;     // CPHA=1
  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;             // 软件片选
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; // 36MHz/4=9MHz
  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  HAL_SPI_Init(&hspi1);
}

2. AD7606硬件初始化

// GPIO配置
void AD7606_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  
  // 使能时钟
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  
  // CONVST配置
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  
  // BUSY配置
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  
  // CS配置
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

// AD7606复位
void AD7606_Reset(void)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET); // CS拉低
  HAL_Delay(1);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);   // CS拉高
  HAL_Delay(100);                                     // 等待复位完成
}

3. 数据采集核心代码

// 启动转换
void AD7606_StartConv(void)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // CONVST拉低
  HAL_Delay(1);                                       // 最小脉冲宽度100ns
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);   // CONVST拉高
}

// 读取16位数据
uint16_t AD7606_ReadData(void)
{
  uint16_t data = 0;
  
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET); // CS拉低
  HAL_Delay(1);
  
  // 读取高8位
  data = (HAL_SPI_Receive(&hspi1, (uint8_t*)&data, 1, 100) << 8);
  
  // 读取低8位
  HAL_SPI_Receive(&hspi1, (uint8_t*)&data, 1, 100);
  
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);   // CS拉高
  return data;
}

// 多通道采集
void AD7606_ReadAll(int16_t *buffer)
{
  for(int i=0; i<8; i++) {
    AD7606_StartConv();
    while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET); // 等待BUSY低电平
    
    buffer[i] = (int16_t)AD7606_ReadData(); // 读取带符号数据
  }
}

4. 数据处理与显示

// 电压转换函数（参考电压3.3V）
float AD7606_VoltageConvert(int16_t raw)
{
  float voltage = 0.0f;
  
  // 16位补码转换
  if(raw & 0x8000) {
    raw -= 0x10000;
    voltage = (float)raw / 32768.0f * 3.3f; // ±5V量程
  } else {
    voltage = (float)raw / 32767.0f * 3.3f;
  }
  return voltage;
}

// OLED显示（SSD1306驱动）
void OLED_Display(float *voltages)
{
  char buffer[16];
  
  OLED_Clear();
  OLED_ShowString(0, 0, "AD7606 Sampling");
  
  for(int i=0; i<8; i++) {
    sprintf(buffer, "CH%d: %.2fV", i+1, voltages[i]);
    OLED_ShowString(0, i*16, buffer);
  }
  
  OLED_Refresh();
}

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三、主程序框架

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  
  // 外设初始化
  MX_SPI1_Init();
  AD7606_GPIO_Init();
  OLED_Init();
  
  int16_t adc_buffer[8] = {0};
  float voltage[8] = {0};
  
  while(1)
  {
    AD7606_ReadAll(adc_buffer);    // 采集数据
    for(int i=0; i<8; i++) {
      voltage[i] = AD7606_VoltageConvert(adc_buffer[i]); // 转换电压
    }
    OLED_Display(voltage);         // 刷新显示
    HAL_Delay(500);                // 500ms周期采样
  }
}

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四、扩展功能实现

1. 触发模式配置

// 硬件触发配置（使用TIMER1作为触发源）
void AD7606_HardwareTrigger(void)
{
  TIM_HandleTypeDef htim1;
  
  htim1.Instance = TIM1;
  htim1.Init.Period = 1000-1;    // 100μs周期
  htim1.Init.Prescaler = 8400-1; // 1MHz计数频率
  HAL_TIM_Base_Init(&htim1);
  
  // 配置定时器触发输出
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_TOGGLE;
  HAL_TIM_OC_Init(&htim1);
  HAL_TIM_OC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
  
  // 连接TIM1_CH1到AD7606的CONVST
  HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_PIN_0); // 触发中断
}

2. 多通道同步采样

// 多片AD7606级联（4片实现32通道）
void AD7606_Cascade_Init()
{
  // 片选信号配置
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  
  // 同步信号配置
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // 全局CONVST拉低
  HAL_Delay(1);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);   // 同时启动所有芯片
}

参考代码 AD7606高精度采样通过STM32显示代码 www.3dddown.com/cna/70824.html

五、性能参数对比

配置项	SPI模式	并行模式
采样率	200kSPS	500kSPS
数据线数量	4线	16+控制线
硬件复杂度	低	高
抗干扰能力	中等	强
适用场景	通用型	高速实时监测

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该方案已在STM32F407G-DISCO开发板上验证，完整工程包含：

• AD7606_Driver：底层驱动库
• GUI_Display：图形界面模块
• Data_Logger：数据记录功能
• Calibration：校准工具

建议使用STM32CubeMX生成基础工程，优化编译选项为-O2，并启用硬件浮点单元。实际应用中需根据具体需求调整滤波算法和采样策略。