STM32F407控制AD7606 采用HAL库的TIM和SPI

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前言
一、AD7606模数转换芯片
二、控制器和资源分配
三、cubemx工程配置
四、AD7606应用接口
五、效果

前言

本文介绍基于STM32F407的AD7606 8通道同步采集控制方式，总体思路：PWM驱动AD7606完成模数转换，AD7606转换完成后其BUSY引脚给出下降沿，STM32捕获外部中断并在中断服务程序中调用SPI串口读取AD7606数据，工程采用cubemx完成配置，基于HAL库开发。

一、AD7606模数转换芯片

主要用在电力采集、多相电机控制、仪器仪表等数据采集场景，提供最大200ksps的16bit八通道同步采集能力，双极性模拟输入可达正负10V，具备完整集成的数据采集解决方案，包括模拟输入钳位、1M欧模拟输入阻抗、二阶抗混叠模拟滤波、片内基准源、数字滤波和和过采样等。支持8080并口和SPI串口读取数据。

根据AD7606说明书配置AD7606工作于SPI串口模式，并短接CONVA和CONVB，实现8通道同步转换。

二、控制器和资源分配

主控STM32F407，所需资源如下：

一组串口，Usart1串口（PA9 PA10），打印采集数据
一组SPI，SPI2（MISO PC2 、MOSI PC3、 SCLK PB13），读取AD7606转换数据
一个定时器，TIM3（TIM3_CH1 PA6管脚），产生PWM，控制AD7606转换频率，即采样率
三个GPIO，AD7606Rst（PA1）、AD7606Cs（PA2）、AD7606Irq（PA5）

硬件连线：

SCLK --------------------------------------RD
MISO --------------------------------------D7
AD7606Cs--------------------------------CS
AD7606Irq--------------------------------BUSY
AD7606Rst-------------------------------RST
TIM3_CH1 -------------------------------CONVA

三、cubemx工程配置

3.1 时钟树

配置SYSCLK=168MHz，外设时钟42MHz

3.2 UART1

串口配置不是本文重点，现省略，参考其他资料。

3.3 GPIO

AD7606Rst（PA1）、AD7606Cs（PA2）配置成输出模式，AD7606Irq（PA5）配置成外部中断模式，下降沿触发，并开启全局中断。

3.4 TIM3

配置TIM3为PWM 输出通道1，输出98%占空比的脉冲去驱动AD7606，频率配置为10kHz，（42MHz/42/100 = 10kHz = 100us），占空比配置设置Pulse为98 （98/100 = 98%，低电平持续时间2us，需要大于25ns）和CH Polarity为高电平。根据AD7606的时序要求，配置占空比即可。

3.5 SPI

选择全双工模式，虽然只是用读功能，但是不影响。关闭硬件NSS片选信号，配置SPI数据位16bit，MSBFirst，波特率一般可以大于10MHz，SPI的模式根据AD7606手册应该选择为CPOL=High，CPHA=1Edge。数据量不大，一般不需要使用DMA，不需要用中断。

3.6 生成HAL工程

生成HAL库的开发工程，然后编写AD7606的驱动和数据读取。

四、AD7606应用接口

配置好HAL库工程后，还不能正确读取数据，需要增加AD7606的应用层接口，主要包括AD7606的初始化、启动、停止、复位和数据读取等。

static void AD7606Reset(void)
{
    /*! ___|-----|________  >= 50ns */
    AD7606Rst_Low();
    AD7606Rst_High();
    for(int i = 20; i > 0; i--){
        __NOP();//1000/168 ns = 5.85ns
    }
    AD7606Rst_Low();
}

void AD7606Init(void)
{
    AD7606Cs_High();
    AD7606Reset();
}

void AD7606Start(void)
{
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);//启动AD7606转换
}

void AD7606Stop(void)
{
    HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3,TIM_CHANNEL_1);//停止AD7606转换
    AD7606Cs_High();
}

void AD7606BusyIrqCallback(uint16_t *ad7606Val,uint8_t ad7606Chl)
{
    AD7606Cs_Low();
    HAL_SPI_Receive(&hspi2,(uint8_t *)ad7606Val,ad7606Chl,10000);//AD7606中断中读取
    AD7606Cs_High();
}

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)//PA5 中断
{
    if(GPIO_Pin == AD7606Irq_Pin){
        //read AD7606
        if(nums < SAMPLING_POINTS){
            AD7606BusyIrqCallback(ad7606Buff[nums],SAMPLING_CHANNEL);
            nums++;
            ad7606SamplingDoneFlag = 0;
        }
        else{
            ad7606SamplingDoneFlag = 1;
        }
    }
}

五、效果

由于AD7606返回的数据是二进制补码的形式，还需要转换成10进制，编写了以下接口：

float AD7606ConvValue(uint16_t bin)
{
    int _val;
    float adcValue;
    _val = bin&0x8000 ? (-((~bin+1)&0x7fff)) : bin;
    adcValue = 5.0*_val/32768.0;
    return adcValue;
}

上述函数接口是以AD7606片内2.5V基准电压源为例，设定的采样范围为正负5V，其他基准电压源和正负10V采样范围可以针对修改即可。

最终的采样结果如下，可以看到AD7606使用了过采样技术，干扰很小。