2025年STM32f407控制AD7766采集ADC信号

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单片机控制AD7766采集ADC信号

一、AD7766描述
ADI公司官网https://www.analog.com/cn/products/ad7766.html#product-overview

1.过采样逐次逼近(SAR)型架构
2.高性能交流和直流精度、低功耗
动态范围：115.5 dB（32 kSPS，AD7766-2）
动态范围：112.5 dB（64 kSPS，AD7766-1）
动态范围：109.5 dB（128 kSPS， AD7766）
总谐波失真(THD)：-112 dB
3.超低功耗
8.5 mW，32 kSPS (AD7766-2)
10.5 mW，64 kSPS (AD7766-1)
15 mW，128 kSPS (AD7766)
4.高直流精度
24位、无失码(NMC)
积分非线性(INL)：±6 ppm（典型值），±15 ppm（最大值）
5.低温漂
零误差漂移:15 nV/°C
增益误差漂移:0.4ppm/°C

在这里插入图片描述
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AD7766采样电压为差分信号输入Vin+ 、Vin-
差分共模电压为输入基准电压的一半=VREF+/2
差分输入电压范围ΔV=(Vin+) - (Vin-) 在基准电压VREF+内变化

二、硬件连接
单片机：STM32f407VET6
在这里插入图片描述
控制原理：
1.初始化，详情见程序
2.工作时，MCLK引脚用单片机定时器PWM持续不断提供80Khz脉冲（最高可给1Mhz），AD7766采样到数据后，DRDY引脚会给一个高脉冲，通知单片机读取数据，如图：

单片机设置外部中断输入模式，收到高脉冲信号后，进入外部中断，在中断程序里启动SPI读取AD7766数据，如图：
在这里插入图片描述
3.AD7766采样率=MCLK/8，MCLK最高为1Mhz，AD7766采样率最高125KSPS

三、软件编程
此应用应配置SPI为主模式单向只接收模式或者双向仅接收模式，但STM32F407芯片配置为这两个模式时不能接收到数据，因此此工程SPI被配置成双向全双工模式。
双向全双工模式下，SPI被使能时，会发送任意数据，发送数据的同时接收数据，以达到接收数据的目的。
在这里插入图片描述

#include "spi.h" u8 SPI1_RX_Buffer[3]; //SPI接收数据存储区 // SPI1  //SPI初始化 读取AD7766电压值  //PA5 初始化 复用SPI1_SCK //PA6 初始化 复用SPI1_MISO //SPI1 RCC_APB2=84M void SPI1_Init(void) { 
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);//使能GPIOA时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);//使能SPI1时钟 //GPIO初始化设置 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6;//PA5/6复用功能输出  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//100MHz GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化 GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1); //PA5复用为 SPI1_SCK GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_SPI1); //PA6复用为 SPI1_MISO //这里只针对SPI口初始化 RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//复位SPI1 RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,DISABLE);//停止复位SPI1 //SPI_Direction_2Lines_FullDuplex //SPI_Direction_2Lines_RxOnly SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工 SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:设置为主SPI SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构 SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //串行同步时钟的空闲状态为高电平 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; //串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为16 84M/16=5.25MHz 84M/32=2.625MHz SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式 SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器 SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设 SPE=1 // SPI_Cmd(SPI1, DISABLE); //失能SPI外设 SPE=0  } //SPI1 读写一个字节 //TxData:要写入的字节 //返回值:读取到的字节 u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData) //SPI1 读写一个字节 { 
    while((SPI1->SR&1<<1)==0); //等待发送区空  SPI1->DR=TxData; //发送一个byte  while((SPI1->SR&1<<0)==0); //等待接收完一个byte  return SPI1->DR; //返回收到的数据  } //SPI1接收3个字节 //返回值：24位有效数据 u32 SPI1_AD7766_Read(void) //通过SPI1读AD7766电压值  { 
    SPI1_RX_Buffer[0]= SPI1_ReadWriteByte(0XFF); //通过SPIx接收数据  SPI1_RX_Buffer[1]= SPI1_ReadWriteByte(0XFF); //通过SPIx接收数据  SPI1_RX_Buffer[2]= SPI1_ReadWriteByte(0XFF); //通过SPIx接收数据  return (SPI1_RX_Buffer[0]<<16 | SPI1_RX_Buffer[1]<<8 | SPI1_RX_Buffer[2])&0XFFFFFF; }

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SPI.h

讯享网#ifndef __SPI_H #define __SPI_H #include "sys.h" #include "ad7766.h" #include "led.h" #include "gpio.h" /* SPI1 */ void SPI1_Init(void); //初始化SPI口 u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData); u32 SPI1_AD7766_Read(void); //通过SPI读AD7766电压值  #endif

#include "ad7766.h" //PA3 AD7766_RDY 外部下降沿中断 中断优先级 主0子1 //PA4 AD7766_CS 上拉推挽输出 //PB0 AD7766_SYNC 上拉推挽输出 void AD7766_GPIOConfig(void) //AD7766初始化 { 
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA | RCC_AHB1Periph_GPIOB | RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);//使能GPIO时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);//使能SYSCFG时钟 //GPIO初始化设置  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_4; // PA4 AD7766_CS GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;// GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//50MHz GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化 //GPIO初始化设置  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_0; // PB0 AD7766_SYNC GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;// GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//50MHz GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化 //GPIO初始化设置 AD7766_RDY GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_3; //PA3 AD7766_RDY 外部下降沿中断  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//50MHz GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化 /*配置RDY为外部中断*/ SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOA, EXTI_PinSource3);//PA3 AD7766_RDY 连接到中断线3 RDY使用外部中断  /* 配置EXTI_Line3 */ EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line3;//LINE3 EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;//中断事件 EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; //下降沿触发  EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;//使能 EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);//配置 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI3_IRQn;//外部中断 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//抢占优先级0 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//子优先级1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//使能外部中断通道 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//配置 } //rate=10 表示AD7766采样率为10K MClK=80K void SetSamplingRate(u8 rate) //开启TIM3_PWM时序 供AD7766_MCLK { 
    u16 mclk; mclk=rate<<3; //rate=10 mclk=80  TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); //TIM3 失能 //PWM模式 // 84M/21=4M=0.25us (4000/80)*0.25us=12.5us=80K TIM3_PWM_Config(4000/mclk-1,21-1); //TIM3初始化配置 且使能 TIM_SetCompare1(TIM3,2000/mclk); //设置占空比50% CCR1= 2000/mclk  // TIM_SetCompare2(TIM3,2000/mclk); //设置占空比50% CCR2= 2000/mclk  } void AD7766_PowerDown(void) //关断AD7766数据传输 { 
    AD7766_SYNC=0; //关断引脚 DRDY引脚一直输出高电平 } void AD7766_WakeUp(void) //开启/复位AD77数据传输 { 
    AD7766_SYNC=1; //AD7766开启复位 while(AD7766_RDY==0); //等待复位完成 进入外部中断，清零标志位 delay_ms(10); AD7766_CS=0; //打开片选引脚 delay_ms(10); } void AD7766_Init(void) { 
    //PA5 SPI1_SCK //PA6 SPI1_MISO SPI1_Init(); //SPI初始化 读取AD7766电压值  //PA3 AD7766_RDY 外部下降沿中断 中断优先级 主0子1 //PA4 AD7766_CS 上拉推挽输出 //PB0 AD7766_SYNC 上拉推挽输出 AD7766_GPIOConfig(); //AD7766引脚初始化 //10 表示AD7766采样率为10K MClK=80K SetSamplingRate(10); //开启TIM3_PWM时序 供AD7766_MCLK AD7766_PowerDown(); //关断AD7766数据传输 AD7766_WakeUp(); //开启/复位AD77数据传输 cs拉低 }

AD7766.H

讯享网#ifndef __AD7766_H #define __AD7766_H #include "spi.h" #include "sys.h" #include "delay.h" #include "led.h" #include "timer.h" #define AD7766_CS PAout(4) //上拉输出 片选引脚AD7766_CS=0; 0有效 #define AD7766_RDY PAin(3) //外部中断 数据就绪引脚 #define AD7766_SYNC PBout(0) //上拉输出 关断/复位/同步引脚 void AD7766_GPIOConfig(void); void AD7766_Init(void); void AD7766_PowerDown(void); void AD7766_WakeUp(void); #endif

 u32 VoltageBuffer; //压力值 //外部中断 AD7766 DRDY数据输出就绪  //外部中断频率=采样率 10K=100us=0.1ms void EXTI3_IRQHandler(void) //读取AD7766压力值  { 
    VoltageBuffer=SPI1_AD7766_Read(); //获取AD7766压力值 赋值压力值 缓存区数组VoltageBuffer1  EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);//清除LINE3上的中断标志位  }

讯享网int main(void) { 
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); delay_init(168); /*串口1*/ uart1_init(); //串口1/UART1  printf("开机运行\r\n"); LED_Init(); //LED初始化 PD10 AD7766_Init(); printf("初始化完成\r\n"); while(1) { 
    printf("采集AD7766原始值为=%d\r\n",VoltageBuffer); delay_ms(100); } }

四、AD7766采样分析
用逻辑分析仪查看AD7766 SPI通信引脚
在这里插入图片描述
通道0不是CS脚，而是DRDY引脚，CS脚在初始化时被设置为零。
本次AD7766采样值为0XFF
五、结果转换

因为此次电路图中AD7766的参考电压为5V，则ΔV=（Vin﹢） - （Vin-）的输入电压范围为 -5V 到 5V。如图可知，单片机从AD7766读取到的值根据输入电压值分贝对应在0X8FFFFF-0XFFFFFF（负值），0X000000~0X7FFFFF（正值）范围内变化。

六、使用DMA进行数据收发
除了上述使用SPI一个字节一个字节进行数据收发外，可以使用DMA设置3个字节一起收发。
软件设计流程：
1.在外部中断函数使能DMA发送数据
2.DMA将需发送的数据一一传输到SPI发送缓存区，实现数据发送
3.SPI发送数据的同时也在接收数据，接收完一个字节就会被DMA转移到指定区域
4.DMA转移完3个字节数据就会进入DMA中断
5.在DMA中断函数中一次读取接收到的数据

DMA初始化配置：
DMA2_Stream0 数据流0，SPI发送数据，数据为3个字节，配置中断
DMA2_Stream0 数据流3，SPI接收数据，数据为3个字节，配置中断

void SPI1_DMA_Init(void) { 
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2,ENABLE);//DMA2时钟使能  /* 配置 DMA Stream0 SPI1_RX */ DMA_DeInit(DMA2_Stream0); //DMA2 数据流0 SPI1_DR到SPI1_RX_Buffer // while (DMA_GetCmdStatus(SPI1_RX_STREAM) != DISABLE){}//等待DMA可配置  DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_3; //通道3 SPI1 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32) & SPI1->DR;//DMA外设地址 //SPI数据寄存器 DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr =(u32) SPI1_RX_Buffer;//DMA 存储器0地址 DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;//外设到存储器模式 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 3;//数据传输量 3  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外设非增量模式 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;//存储器增量模式 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外设数据长度:8位 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;//存储器数据长度:8位 DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;// 使用普通模式  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;//最高优先级 DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;//存储器突发单次传输 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;//外设突发单次传输 DMA_Init(DMA2_Stream0, &DMA_InitStructure);//初始化DMA Stream /* 配置 DMA Stream3 SPI1_TX */ DMA_DeInit(DMA2_Stream3); //DM2 数据流3 SPI1_TX_Buffer到SPI1->DR // while (DMA_GetCmdStatus(DMA2_Stream3) != DISABLE){}//等待DMA可配置  DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_3; //通道选择 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32) & SPI1->DR;//DMA外设地址 DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr =(u32) SPI1_TX_Buffer;//DMA 存储器0地址 DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;//存储器到外设模式 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 3;//数据传输量  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外设非增量模式 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;//存储器增量模式 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外设数据长度:8位 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;//存储器数据长度:8位 DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;// 使用普通模式  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;//最高优先级 DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;//存储器突发单次传输 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;//外设突发单次传输  DMA_Init(DMA2_Stream3, &DMA_InitStructure);//初始化DMA Stream  /* Enable SPI2 Tx Rx DMA Request */ DMA_Cmd(DMA2_Stream3, DISABLE); //关闭DMA传输  DMA_Cmd(DMA2_Stream0, DISABLE); //关闭DMA传输  SPI_I2S_DMACmd(SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Tx | SPI_I2S_DMAReq_Rx, ENABLE); //TX:SPI发送缓冲区DMA使能；RX:SPI接收缓冲区DMA使能  //DMA中断配置 DMA_ClearITPendingBit(DMA2_Stream3,DMA_IT_TCIF3); //DMA_LIFCR->CTCIF3=1; 数据流3传输完成中断标志位清零 DMA_ClearITPendingBit(DMA2_Stream0,DMA_IT_TCIF0); //DMA_LIFCR->CTCIF0=1; 数据流0传输完成中断标志位清零 DMA_ITConfig(DMA2_Stream0, DMA_IT_TC|DMA_IT_TE, ENABLE); //TC传输完成中断使能 TE传输错误中断使能 DMA_ITConfig(DMA2_Stream3, DMA_IT_TC|DMA_IT_TE, ENABLE); //TC传输完成中断使能 TE传输错误中断使能 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA2_Stream3_IRQn; //DMA 中断优先级 主2从1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA2_Stream0_IRQn; //DMA 中断优先级 主1从1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }

讯享网void EXTI3_IRQHandler(void) //读取AD7766压力值 { 
    SPI1_DMA_ENABLE(3,3); 打开SPI_DMA使能 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);//清除LINE3上的中断标志位  } //打开SPI_DMA使能 void SPI1_DMA_ENABLE(u8 TXDataLen,u8 RXDataLen) //打开SPI_DMA使能 { 
    DMA_SetCurrDataCounter(DMA2_Stream0,RXDataLen); //设置数据传输数量  DMA_SetCurrDataCounter(DMA2_Stream3,TXDataLen); //设置数据传输数量  DMA_Cmd(DMA2_Stream0, ENABLE); //SPI1_DR到SPI1_RX_Buffer  DMA_Cmd(DMA2_Stream3, ENABLE); //SPI1_TX_Buffer到SPI1_DR  // SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设 SPE=1 }

//DMA2_Stream3发送完成中断 //DMA2 存储器到SPI1_TX  void DMA2_Stream3_IRQHandler(void) //中断 { 
    if(DMA_GetITStatus(DMA2_Stream0, DMA_IT_TCIF3) != RESET) //传输完成标志位 { 
    DMA_Cmd(DMA2_Stream3, DISABLE); //关闭DMA,防止处理其间有数据  DMA_ClearFlag(DMA2_Stream3, DMA_FLAG_TCIF3); //清零中断标志位  } } //DMA2_Stream0接收完成中断 //DMA2 SPI1_RX到存储器  //读取AD7766压力值 //输出：AD7766Data void DMA2_Stream0_IRQHandler(void) //中断 { 
    if(DMA_GetITStatus(DMA2_Stream0, DMA_IT_TCIF0) != RESET) //传输完成标志位 { 
    DMA_Cmd(DMA2_Stream0, DISABLE); //关闭DMA,防止处理其间有数据  DMA_ClearFlag(DMA2_Stream0, DMA_FLAG_TCIF0); //清除中断标志位  // SPI_Cmd(SPI1, DISABLE); //失能SPI外设 SPE=0  SPI1_RX_Flag=1; //DMA_SPI传输完成标志位 AD7766Data=(SPI1_RX_Buffer[0]<<16 | SPI1_RX_Buffer[1]<<8 | SPI1_RX_Buffer[2])&0XFFFFFF; } }

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