STM32H7的FMC总线应用之驱动AD7606（8通道同步采样, 16bit, 正负...

磨砂发表于 2021-8-1 12:45

1 初学者重要提示

[*]AD7606 的配置很简单，它没有内部寄存器，量程范围和过采样参数是通过外部IO控制的，采样速率由MCU或DSP提供的脉冲频率控制。
[*]AD7606必须使用单5V供电。而AD7606和MCU之间的通信接口电平由VIO（VDRIVE）引脚控制。也就是说VIO必须接单片机的电源，可以是3.3V也可以是5V（范围2.3V – 5V）。
[*]正确的理解过采样，比如我们设置是1Ksps采样率，64倍过采样。意思是指每次采样，AD7606会采样64次数据并求平均，相当于AD7606以64Ksps进行采样的，只是将每64个采样点的值做了平均，用户得到的值就是平均后的数值。因此，如果使用AD7606最高的200Ksps采样率，就不可以使用过采样了。
[*]STM32H7驱动AD7606配合J-Scope实时输出，效果绝了，堪比示波器http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=97393 。使用方法详解本章节77.8小节。
[*]本章配套例子的串口数据展示推荐使用SecureCRT，因为数据展示做了特别处理，方便采集数据在串口软件同一个位置不断刷新。
[*]AD7606数据手册，模块原理图（通用版）和接线图都已经放到本章教程配置例子的Doc文件里。
[*]ADC 的专业术语诠释文档，推荐大家看看：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=89414 。
[*]测试本章配套例子前重要提示：

[*]测试时，务必使用外置电源为开发板供电，因为AD7606需要5V供电电压。板子上插入AD7606模块时，注意对齐。
[*]板子上电后，默认是软件定时采集，0.5秒一次，适合串口展示数据。
[*]如果需要使用J-Scope实时展示采集的波形效果，需要按下K2按键切换到FIFO模式。
[*]如果使用的JLINK速度不够快，导致J-Scope无法最高速度实时上传，可以使用摇杆上下键设置过采样来降低上传速度。
[*]默认情况下，程序仅上传了AD7606通道1采集的数据。

磨砂发表于 2021-8-1 12:46

2 ADC结构分类
这里将六种DAC结构为大家做个普及。注，这些知识翻译自美信和TI的英文技术手册。

2.1 SAR ADC（逐次逼近型）
逐次逼近型ADC通常是中高分辨率的首选架构，采样速率通常低于5Msps。SAR ADC最常见的分辨率范围是8位到20位，并具有低功耗和小尺寸的特点。这种组合使其非常适合各种应用，例如自动测试设备，电池供电的设备，数据采集系统，医疗仪器，电机和过程控制，工业自动化，电信，测试和测量，便携式系统，高速闭环系统和窄带接收器。

2.2 Sigma-Delta ADC
Sigma-delta ADC主要用于低速应用中，该应用需要通过过采样来权衡速度和分辨率，然后进行滤波以降低噪声。24位sigma-delta转换器用于自动化测试设备，高精度便携式传感器，医疗和科学仪器以及地震数据采集等应用中。

2.3 Integrating ADC
集成ADC提供高分辨率，并且可以提供良好的线路频率和噪声抑制。集成架构提供了一种新颖且直接的方法，可将低带宽模拟信号转换为数字表示形式。这些类型的转换器通常包括用于LCD或LED显示器的内置驱动器，并且在许多便携式仪器应用中都可以找到，包括数字面板表和数字万用表。

2.4 FLASH ADC
Flash ADC是将模拟信号转换为数字信号的最快方法。它们适用于需要非常大带宽的应用。然而，闪存转换器功率高，具有相对较低的分辨率，并且可能非常昂贵。这将它们限制在通常无法以其他任何方式解决的高频应用中。示例包括数据采集，卫星通信，雷达处理，示波器和高密度磁盘驱动器。

2.5 Pipelined ADC
流水线ADC已成为最受欢迎的ADC体系结构，其采样率从每秒几兆采样（MS / s）到最高100MS / s +，分辨率为8至16位。它们提供的分辨率和采样率，可覆盖各种应用，包括CCD成像，超声医学成像，数字接收器，基*，数字视频（例如HDTV），xDSL，电缆调制解调器和快速以太网。

2.6 Two Step ADC
两步ADC也称为子范围转换器，有时也称为多步或half flash（比Flash架构慢）。这是Flash ADC和流水线ADC的交叉点。与Flash ADC相比，可以实现更高的分辨率或更小的裸片尺寸。

磨砂发表于 2021-8-1 12:49

3 AD7606硬件设计

这里将开发板上的AD7606硬件接口，普通型AD7606模块，屏蔽型AD7606模块和磁耦高速隔离型AD7606模块为大家做个说明。

3.1 AD7606硬件接口
V7板子上AD7606模块的插座的原理图如下：

实际对应开发板的位置如下：

为了方便大家更好的理解接线，下面是框图：

模块引脚说明：

[*]OS2 OS1 OS2 ：

组合状态选择过采样模式。

[*]000表示无过采样，最大200Ksps采样速率。
[*]001表示2倍过采样，也就是硬件内部采集2个样本求平均。
[*]010表示4倍过采样，也就是硬件内部采集4个样本求平均。
[*]011表示8倍过采样，也就是硬件内部采集8个样本求平均。
[*]100表示16倍过采样，也就是硬件内部采集16个样本求平均。
[*]101表示32倍过采样，也就是硬件内部采集32个样本求平均。
[*]110表示64倍过采样，也就是硬件内部采集64个样本求平均。

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。

[*]CVA，CVB ：

启动AD转换的控制信号。CVA决定1-4通道，CVB决定5-8通道。2个信号可以错开短暂的时间。一般情况可以将CVA，CVB并联在一起。

[*]RAGE :

量程范围选择。0表示正负5V, 1表示正负10V。

[*] RD :

读信号。

[*]RST :

复位信号。

[*]BUSY :

忙信号。

[*]CS :

片选信号。

[*]FRST :

第1个通道样本的指示信号。【注，此引脚可以省略不使用】

[*]VIO :

通信接口电平。

[*]DB0-DB15 :

数据总线。

如果采用SPI接口方式，接线框图如下：

磨砂发表于 2021-8-1 12:49

3.2 AD7606模块（通用版）

产品规格：

1、 16bit分辨率，内置基准，单5V供电。

2、 8路模拟输入，阻抗1M欧姆。【无需负电源，无需前端模拟运放电路，可直接接传感器输出】

3、输入范围可以选择正负5V或者正负10V，可通过IO控制量程。

4、最大采样频率 200Ksps，支持8档过采样设置（可以有效降低抖动）。

5、通信接口支持SPI或16位总线方式（也支持8位总线，一般用的比较少），接口IO电平可以是5V或3.3V。

重要提示：

1、 AD7606的配置很简单，它没有内部寄存器。量程范围和过采样参数是通过外部IO控制的。采样速率由MCU或DSP提供的脉冲频率控制。

2、 AD7606必须使用单5V供电。

3、 AD7606和MCU之间的通信接口电平由VIO（VDRIVE）引脚控制。也就是说VIO必须接单片机的电源，可以是3.3V也可以是5V。

产品效果：

8080或者SPI接口方式选择

出厂的AD7606模块缺省是8080并行接口，如果用SPI接口模式，需要修改R1、R2电阻配置。

并口模式跳线：R1 悬空（不贴），R2贴10K电阻。

SPI接口模式跳线：R1 贴10K电阻，R2 悬空（不贴）。

磨砂发表于 2021-8-1 12:50

3.3 AD7606模块（屏蔽版）
屏蔽版主要是为了更好的应对复杂的电磁工作，软件代码与非屏蔽版是一样的：

磨砂发表于 2021-8-1 12:51

3.4 AD7606模块（磁耦高速隔离）

该款ADC模块采用磁耦隔离技术隔离SPI通信接口，采用DC-DC隔离电源模块隔离供电电源。高速SPI接口，ADC主芯片采用AD7606芯片。8通道200KHz采样。量程和滤波设置通过短路焊点设置。

产品规格

模拟通道： 8路同步采集。

采样频率：最大200KHz。

ADC分辨率： 16bit。

输入量程：正负5V或正负10V (通过焊点切换）。

滤波设置： 0 - 64 共7级硬件均值滤波。

供电电压： 5.0V,耗电最大50mA。

通信接口： SPI，最大时钟频率 16MHz。

接口电平： 3.3V 或 5V(3.3V时，耗电15mA）。

产品特点

1、电源隔离，隔离电压1500V。

2、SPI通信接口隔离，高速磁耦隔离技术。

3、短路点切换量程和过采样（滤波）参数。

4、体积小，2.0mm间距排针，节约主板面积。

产品效果：

引脚定义和接线图：

磨砂发表于 2021-8-1 12:54

4 AD7606关键知识点整理（重要）

驱动AD7606需要对下面这些知识点有个认识。

4.1 AD7606基础信息

[*]支持8通道同步采样，每个通道最高200Ksps，16bit分辨率。
[*]真双极模拟输入范围：±10V、±5V。
[*]5V单模拟电源，VDRIVER支持2.3V到5V。
[*]完全集成的数据采集解决方案：

[*]模拟输入钳位保护，可以耐受±16.5V的电压。
[*]具有1MΩ模拟输入阻抗的输入缓冲器。
[*]二阶抗混叠模拟滤波器。
[*] 片内精密基准电压及缓冲。
[*]通过数字滤波器，提供过采样功能。

[*]灵活的并行/串行即可，支持SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP等。
[*]性能

[*]模拟输入通道提供7KV ESD。
[*]95.5dB SNR，-107dB THD，±0.5 LSB INL，±0.5 LSB DNL。
[*]低功耗：100mW。
[*]待机功耗：25mW。

磨砂发表于 2021-8-1 12:56

4.2 AD7606常用引脚的作用

AD7606的封装形式：

这里把常用的几个引脚做个说明：

[*]AVcc

模拟电源电压，4.75V到5.25V。这是内部前端放大器和ADC内核的电源电压。应将这些电压引脚去偶接AGND。

[*]AGND

模拟地，这些引脚是AD7606上所有模拟电路的接地基准点。所有模拟输入信号和外部基准信号都应参考这些引脚。

[*]OS2 OS1 OS2 ：

组合状态选择过采样模式。

[*]000表示无过采样，最大200Ksps采样速率。
[*]001表示2倍过采样，也就是硬件内部采集2个样本求平均。
[*]010表示4倍过采样，也就是硬件内部采集4个样本求平均。
[*]011表示8倍过采样，也就是硬件内部采集8个样本求平均。
[*]100表示16倍过采样，也就是硬件内部采集16个样本求平均。
[*]101表示32倍过采样，也就是硬件内部采集32个样本求平均。
[*]110表示64倍过采样，也就是硬件内部采集64个样本求平均。

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。

[*]CONVSTA，CONVSTB ：

启动AD转换的控制信号。CONVSTA决定1-4通道，CONVSTB决定5-8通道。2个信号可以错开短暂的时间。一般情况可以将CVA，CVB并联在一起。

[*]RAGE :

量程范围选择。0表示正负5V, 1表示正负10V.

[*] RD /SCL:

读信号，低电平有效。

[*]RESET

复位信号。

[*]BUSY :

CONVST A和CONVST B均达到上升沿后，此引脚变为逻辑高电平，表示转换过程已经开始，BUSY输出保持高电平，直到所有通道的转换过程完成为止。BUSY下降沿表示转换数据正被锁存至输出数据寄存器，此时用户就可以读取数据。

[*]CS :

片选信号，低电平有效。

[*]FRST :

第1个通道样本的指示信号。【注，此引脚可以省略不使用】

[*]VDriver:

通信接口电平。

[*]DB0-DB15 :

数据总线。

[*]REF SELECT

内部/外部基准电压选择。如果设置此引脚设为逻辑高电平，使用内部基准电压。如果此引脚设为逻辑低电平，则内部基准电压禁止，必须将外部基准电压加到REFIN/REFOUT引脚。

[*]REFIN/REFOUT

基准电压输入（REFIN）/基准电压输出（REFOUT）引脚，如果REF SELECT引脚设置为逻辑高电平，此引脚将提供2.5V片内基准电压供外部使用。或者可以将REF SELECT引脚设置为逻辑低电平将禁止用内部基准电压。

[*]V1到V8

模拟输入，此引脚为单端模拟输入，此通道的模拟输入范围由RANGE引脚决定。

[*]V1GND到V8GND

模拟输入接地引脚，这些引脚与模拟输入引脚V1到V8对应，所有模拟输入AGND引脚都应连接到系统的AGND平面。

磨砂发表于 2021-8-1 12:56

4.3 AD7606输出电压计算公式

AD7606的计算公式如下：

采用二进制补码（其实就是16bit有符号数，将转换结果定义为int16_t即可），因为AD7606支持正负压采集。

[*]VIN

AD7606采集到的电压值范围-32768到32767。

[*]REF

一般使用内部基准，即2.5V。

磨砂发表于 2021-8-1 12:59

4.4 AD7606时序图

了解时序参数是驱动AD7606能否成功的关键，我们这里对几个重要的参数做个说明。

1、AD7606的CONVST转换时序（转换之后读取数据）：

[*]t5

CONVST A和CONVST B上升沿之间最大允许的延迟时间。一般我们是用一根控制线同时控制CONVST A和CONVST B，因此可以不用管这个时间。

[*]tCYCLE

并行模式，转换后并读取数据的最大值是5us，即最高支持的时钟速度是20MHz及其以上。

[*]tCONV

转换时间。

[*]t3

最短的CONVST A/B电平脉冲，最小值25ns。

[*]t4

BUSY下降沿到CS下降沿设置时间，最小值0ns，所以可以忽略。

2、AD7606的并行驱动模式有两种时序图，一个是独立的CS片选和RD读信号时序图：

[*]t8

CS到RD的设置时间，最小值是0ns，可以忽略。

[*]t10

RD读信号的低电平脉冲宽度，通信电压不同，时间不同。对于STM32来说，FMC通信电平一般是3.3V，即最小值21ns。

[*]t11

RD高电平脉冲宽度，最小值15ns。

[*]t9

CS到RD保持时间，最小值0ns，可以忽略。

[*]13到t17

这几个参数了解下即可：

3、另一个是CS片选和RD相连的方式：

这个时序里面最重要的是t12。

[*]t12

CS和RD的高电平脉冲宽度，最小值22ns。

第2个和第3个时序图的主要区别是连续读取8路数据时，一个CS信号是全程低电平，另一个CS信号是与RD信号同步，每读取完一路，拉高一次。

磨砂发表于 2021-8-1 12:59

4.5 AD7606的过采样

使用过采样可以改善SNR信噪比。SNR性能随着过采样倍率提高而改善，具体参数如下：

通过这个表，我们可以方便的了解不同过采样下的信噪比，3dB带宽时的频率和最高支持的采样率。

注意正确的理解过采样，比如我们设置是1Ksps采样率，64倍过采样。意思是指每次采样，AD7606会采样64次数据并求平均，相当于AD7606以64Ksps进行采样的，只是将每64个采样点的值做了平均，用户得到的值就是平均后的数值。因此，如果使用AD7606最高的200Ksps采样率，就不可以使用过采样了。

磨砂发表于 2021-8-1 13:01

5 AD7606的FMC接口硬件设计

FMC硬件接口涉及到的知识点稍多，下面逐一为大家做个说明。

5.1 FMC的块区分配

FMC总线可操作的地址范围0x60000000到0xDFFFFFFF，具体的框图如下：

从上面的框图可以看出，NOR/PSRAM/SRAM块区有4个片选NE1，NE2，NE3和NE4，但由于引脚复用，部分片选对应的引脚要用于其他功能，而且要控制的总线外设较多，导致片选不够用。因此需要增加译码器。

5.2 译码器及其地址计算
有了前面的认识之后再来看下面的译码器电路：

SN74LVC1G139APWR是双2-4线地址译码器，也就是带了两个译码器。原理图上仅用了一个。下面是139的真值表和引脚功能：

通过上面的原理图和真值表就比较好理解了，真值表的输出是由片选FMC_NE1和地址线FMC_A10、FMC_A11控制。

FMC_NE1 输出低电平：

[*]FMC_A11（B），FMC_A10（A） = 00时，1Y0输出的低电平，选择的是OLED。
[*]FMC_A11（B），FMC_A10（A） = 01时，1Y1输出的低电平，选择的是74HC574。
[*]FMC_A11（B），FMC_A10（A） = 10时，1Y2输出的低电平，选择的是DM9000。
[*]FMC_A11（B），FMC_A10（A） = 11时，1Y3输出的低电平，选择的是AD7606。

然后我们再计算译码器的地址，注意，这里地址的计算都是按照FMC的32bit访问模式计算的，因为我们的V7程序中是将NE1对应的FMC配置为32bit模式了。

32bit模式下，我们计算A10和A11的时候，实际上需要按HADDR12和HADDR13计算的。

如果来算NE1 + HADDR12 + HADDR13的四种组合地址就是如下：

NE1 + HADDR13 + HADDR12 = 0x60000000 +0<<13 + 0<<12 = 0x60000000

NE1 + HADDR13 + HADDR12 = 0x60000000 +0<<13 + 1<<12 = 0x60001000

NE1 + HADDR13 + HADDR12 = 0x60000000 +1<<13 + 0<<12 = 0x60002000

NE1 + HADDR13 + HADDR12 = 0x60000000 +1<<13 + 1<<12 = 0x60003000

这样一来，原理图里面给的地址就对应上了。同理如果配置为16位模式和8位模式，大家应该也都会计算了。

磨砂发表于 2021-8-1 13:02

6 AD7606的FMC接口驱动设计
AD7606的程序驱动框架设计如下：
有了这个框图，程序设计就比较好理解了。
6.1 第1步，AD7606整体驱动框架设计主要实现了两种采集方式：
（1）软件定时获取方式，适合低速查询获取。
（2）FIFO工作模式，适合8路实时采集，支持最高采样率200Ksps。

[*]方案一：软件定时获取方式代码框架：
可以在硬件定时器中断服务程序或者软件定时器里面实现。
定时器中断ISR：{ 中断入口；读取8个通道的采样结果保存到RAM；----> 读取的是上次的采集结果，对于连续采集来说，是没有关系的启动下次ADC采集；（翻转CVA和CVB）中断返回；}
定时器的频率就是ADC采样频率。这种模式可以不连接BUSY口线。

[*]方案二：FIFO工作模式框架：
配置CVA、CVB引脚为PWM输出模式，周期设置为需要的采样频率，之后MCU将产生周期非常稳定的AD转换信号
将BUSY口线设置为中断下降沿触发模式；
外部中断ISR：{ 中断入口；读取8个通道的采样结果保存到RAM；}
方案1和方案2的差异（1）方案1 可以少用 BUSY口线，但是其他中断服务程序或者主程序临时关闭全局中断时，可能导致ADC转换周期存在轻微抖动。
（2）方案2 可以确保采集时钟的稳定性，因为它是MCU硬件产生的，但是需要多接一根BUSY口线。

磨砂发表于 2021-8-1 13:03

6.2 第2步，AD7606所涉及到的GPIO配置

这里需要把用到的GPIO时钟、FMC时钟、GPIO引脚和复用配置好即可：

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: AD7606_CtrlLinesConfig
* 功能说明: 配置GPIO口线，FMC管脚设置为复用功能
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
/*
安富莱STM32-H7开发板接线方法：4片74HC574挂在FMC 32位总线上。1个地址端口可以扩展出32个IO
PD0/FMC_D2
PD1/FMC_D3
PD4/FMC_NOE    ---- 读控制信号，OE = Output Enable ， N 表示低有效
PD5/FMC_NWE    -XX- 写控制信号，AD7606 只有读，无写信号
PD8/FMC_D13
PD9/FMC_D14
PD10/FMC_D15
PD14/FMC_D0
PD15/FMC_D1

PE7/FMC_D4
PE8/FMC_D5
PE9/FMC_D6
PE10/FMC_D7
PE11/FMC_D8
PE12/FMC_D9
PE13/FMC_D10
PE14/FMC_D11
PE15/FMC_D12

PG0/FMC_A10    --- 和主片选FMC_NE2一起译码
PG1/FMC_A11    --- 和主片选FMC_NE2一起译码
PD7/FMC_NE1    --- 主片选（OLED, 74HC574, DM9000, AD7606）

+-------------------+------------------+
+ 32-bits Mode: D31-D16          +
+-------------------+------------------+
| PH8 <-> FMC_D16 | PI0 <-> FMC_D24|
| PH9 <-> FMC_D17 | PI1 <-> FMC_D25|
| PH10 <-> FMC_D18| PI2 <-> FMC_D26|
| PH11 <-> FMC_D19| PI3 <-> FMC_D27|
| PH12 <-> FMC_D20| PI6 <-> FMC_D28|
| PH13 <-> FMC_D21| PI7 <-> FMC_D29|
| PH14 <-> FMC_D22| PI9 <-> FMC_D30|
| PH15 <-> FMC_D23| PI10 <-> FMC_D31 |
+------------------+-------------------+
*/

/*
控制AD7606参数的其他IO分配在扩展的74HC574上
X13 - AD7606_OS0
X14 - AD7606_OS1
X15 - AD7606_OS2
X24 - AD7606_RESET
X25 - AD7606_RAGE

PE5 - AD7606_BUSY
*/
static void AD7606_CtrlLinesConfig(void)
{
/* bsp_fm_io 已配置fmc，bsp_InitExtIO();
   此处可以不必重复配置
*/

GPIO_InitTypeDef gpio_init_structure;

/* 使能 GPIO时钟 */
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOI_CLK_ENABLE();

/* 使能FMC时钟 */
__HAL_RCC_FMC_CLK_ENABLE();

/* 设置 GPIOD 相关的IO为复用推挽输出 */
gpio_init_structure.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
gpio_init_structure.Pull = GPIO_PULLUP;
gpio_init_structure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
gpio_init_structure.Alternate = GPIO_AF12_FMC;

/* 配置GPIOD */
gpio_init_structure.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7 |
                           GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_14 |
                           GPIO_PIN_15;
HAL_GPIO_Init(GPIOD, &gpio_init_structure);

/* 配置GPIOE */
gpio_init_structure.Pin = GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 |
                           GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 |
                           GPIO_PIN_15;
HAL_GPIO_Init(GPIOE, &gpio_init_structure);

/* 配置GPIOG */
gpio_init_structure.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1;
HAL_GPIO_Init(GPIOG, &gpio_init_structure);

/* 配置GPIOH */
gpio_init_structure.Pin = GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12
                     | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15;
HAL_GPIO_Init(GPIOH, &gpio_init_structure);

/* 配置GPIOI */
gpio_init_structure.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_6
                     | GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10;
HAL_GPIO_Init(GPIOI, &gpio_init_structure);

/* 配置BUSY引脚，默认是普通IO状态 */
{
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

   __HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE();

   BUSY_RCC_GPIO_CLK_ENABLE();    /* 打开GPIO时钟 */

   /* BUSY信号，使用的PE5，用于转换完毕检测 */
   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT; /* 设置推挽输出 */
   GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;    /* 无上拉下拉 */
   GPIO_InitStructure.Pin = BUSY_PIN;
   HAL_GPIO_Init(BUSY_GPIO, &GPIO_InitStructure);
}

/* CONVST 启动ADC转换的GPIO = PC6 */
{
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   CONVST_RCC_GPIO_CLK_ENABLE();

   /* 配置PC6 */
   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;    /* 设置推挽输出 */
   GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;          /* 上下拉电阻不使能 */
   GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;/* GPIO速度等级 */

   GPIO_InitStructure.Pin = CONVST_PIN;
   HAL_GPIO_Init(CONVST_GPIO, &GPIO_InitStructure);
}
}

这里重点注意AD7606_CONVST和AD7606_BUSY引脚，上电后的默认配置是普通IO。另外还有过采样的3个引脚，量程配置的1个引脚和复位控制的1个引脚，均通过V7板子的扩展IO实现：

/* 设置过采样的IO, 在扩展的74HC574上 */
#define OS0_1()    HC574_SetPin(AD7606_OS0, 1)
#define OS0_0()    HC574_SetPin(AD7606_OS0, 0)
#define OS1_1()    HC574_SetPin(AD7606_OS1, 1)
#define OS1_0()    HC574_SetPin(AD7606_OS1, 0)
#define OS2_1()    HC574_SetPin(AD7606_OS2, 1)
#define OS2_0()    HC574_SetPin(AD7606_OS2, 0)

/* 设置输入量程的GPIO, 在扩展的74HC574上 */
#define RANGE_1() HC574_SetPin(AD7606_RANGE, 1)
#define RANGE_0() HC574_SetPin(AD7606_RANGE, 0)

/* AD7606复位口线, 在扩展的74HC574上 */
#define RESET_1() HC574_SetPin(AD7606_RESET, 1)
#define RESET_0() HC574_SetPin(AD7606_RESET, 0)

磨砂发表于 2021-8-1 13:04

6.3 第3步，FMC的时钟源选择

使用FMC可以选择如下几种时钟源HCLK3，PLL1Q，PLL2R和PER_CK：

我们这里直接使用HCLK3，配置STM32H7的主频为400MHz的时候，HCLK3输出的200MHz，这个速度是FMC支持的最高时钟，正好用于这里：

磨砂发表于 2021-8-1 13:06

6.4 第4步，FMC的时序配置（重要）

由于操作AD7606仅需要读操作，而且使用的是FMC总线的Mode_A，那么仅需按照如下时序图配置好即可：

根据这个时序图，重点配置好ADDSET地址建立时间和DATAST数据建立时间即可。

[*]DATAST（DataSetupTime，数据建立时间）

DATAST实际上对应的就是76.4.4小节里面的t10 。RD读信号的低电平脉冲宽度，通信电压不同，时间不同，对于STM32来说，FMC通信电平一般是3.3V，即最小值21ns。

[*]ADDST（AddressSetupTime，地址建立时间）

DATAST实际上对应的就是76.4.4小节里面的t11 或者t12。

[*]如果采用CS（NEx）片选和RD（NOE）读信号独立方式，对应的时间最小15ns，即t11 。
[*]如果采用CS（NEx）片选和RD（NOE）读信号并联方式，对应的时间最小22ns，即t12。

我们这里将t12作为最小值更合理，因为CS（NEx）片选信号，每读取完毕一路，拉高一次。

有了这些认识后，再来看FMC的时序配置就比较好理解了：

1. /*
2. ******************************************************************************************************
3. * 函数名: AD7606_FSMCConfig
4. * 功能说明: 配置FSMC并口访问时序
5. * 形参: 无
6. * 返回值: 无
7. ******************************************************************************************************
8. */
9. static void AD7606_FSMCConfig(void)
10. {
11.    /*
12.       DM9000，扩展IO，OLED和AD7606公用一个FMC配置，如果都开启，请以FMC速度最慢的为准。
13.       从而保证所有外设都可以正常工作。
14.    */
15.    SRAM_HandleTypeDef hsram = {0};
16.    FMC_NORSRAM_TimingTypeDef SRAM_Timing = {0};
17.
18.    /*
19.    AD7606规格书要求(3.3V时，通信电平Vdriver)：RD读信号低电平脉冲宽度最短21ns，对应DataSetupTime
20.    CS片选和RD读信号独立方式的高电平脉冲最短宽度15ns。
21.    CS片选和RD读信号并联方式的高电平脉冲最短宽度22ns。
22.    这里将22ns作为最小值更合理些，对应FMC的AddressSetupTime。
23.
24.          5-x-5-x-x-x: RD高持续25ns，低电平持续25ns. 读取8路样本数据到内存差不多就是400ns。
25.    */
26.    hsram.Instance= FMC_NORSRAM_DEVICE;
27.    hsram.Extended= FMC_NORSRAM_EXTENDED_DEVICE;
28.
29.    /* FMC使用的HCLK3，主频200MHz，1个FMC时钟周期就是5ns */
30.    SRAM_Timing.AddressSetupTime    = 5; /* 5*5ns=25ns，地址建立时间，范围0 -15个FMC时钟周期个数 */
31.    SRAM_Timing.AddressHoldTime    = 2; /* 地址保持时间，配置为模式A时，用不到此参数范围1 -15个
32.                                                 时钟周期个数 */
33.    SRAM_Timing.DataSetupTime       = 5;/* 5*5ns=25ns，数据建立时间，范围1 -255个时钟周期个数 */
34.    SRAM_Timing.BusTurnAroundDuration= 1;/* 此配置用不到这个参数 */
35.    SRAM_Timing.CLKDivision          = 2;/* 此配置用不到这个参数 */
36.    SRAM_Timing.DataLatency          = 2;/* 此配置用不到这个参数 */
37.    SRAM_Timing.AccessMode          = FMC_ACCESS_MODE_A; /* 配置为模式A */
38.    hsram.Init.NSBank          = FMC_NORSRAM_BANK1;          /* 使用的BANK1，即使用的片选
39.                                                                         FMC_NE1 */
40.    hsram.Init.DataAddressMux = FMC_DATA_ADDRESS_MUX_DISABLE; /* 禁止地址数据复用 */
41.    hsram.Init.MemoryType       = FMC_MEMORY_TYPE_SRAM;       /* 存储器类型SRAM */
42.    hsram.Init.MemoryDataWidth = FMC_NORSRAM_MEM_BUS_WIDTH_32; /* 32位总线宽度 */
43.    hsram.Init.BurstAccessMode = FMC_BURST_ACCESS_MODE_DISABLE;/* 关闭突发模式 */
44.    hsram.Init.WaitSignalPolarity = FMC_WAIT_SIGNAL_POLARITY_LOW; /* 用于设置等待信号的极性，关闭突
45.                                                                         发模式，此参数无效 */
46.    hsram.Init.WaitSignalActive = FMC_WAIT_TIMING_BEFORE_WS;    /* 关闭突发模式，此参数无效 */
47.    hsram.Init.WriteOperation = FMC_WRITE_OPERATION_ENABLE; /* 用于使能或者禁止写保护 */
48.    hsram.Init.WaitSignal       = FMC_WAIT_SIGNAL_DISABLE;    /* 关闭突发模式，此参数无效 */
49.    hsram.Init.ExtendedMode    = FMC_EXTENDED_MODE_DISABLE;    /* 禁止扩展模式 */
50.    hsram.Init.AsynchronousWait = FMC_ASYNCHRONOUS_WAIT_DISABLE;/* 用于异步传输期间，使能或者禁止
51.                                                                         等待信号，这里选择关闭 */
52.    hsram.Init.WriteBurst       = FMC_WRITE_BURST_DISABLE;    /* 禁止写突发 */
53.    hsram.Init.ContinuousClock = FMC_CONTINUOUS_CLOCK_SYNC_ONLY; /* 仅同步模式才做时钟输出 */
54.    hsram.Init.WriteFifo       = FMC_WRITE_FIFO_ENABLE;       /* 使能写FIFO */
55.
56.    /* 初始化SRAM控制器 */
57.    if (HAL_SRAM_Init(&hsram, &SRAM_Timing, &SRAM_Timing) != HAL_OK)
58.    {
59.          /* 初始化错误 */
60.          Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
61.    }
62. }

这里把几个关键的地方阐释下：

[*]第15- 16行，对作为局部变量的HAL库结构体做初始化，防止不确定值配置时出问题。
[*]第30行，地址建立时间，对于AD7606来说，这个地方最小值22ns。保险起见，这里取值5个FMC时钟周期，即25ns。
[*]第31行，地址保持时间，对于FMC模式A来说，此参数用不到。
[*]第33行，数据建立时间，对于AD7606来说，这个地方最小值是21ns，保险起见，这里取值5个FMC时钟周期，即25ns。
[*]第34 – 36行，当前配置用不到这三个参数。
[*]第38行，使用的BANK1，即使用的片选FMC_NE1。

磨砂发表于 2021-8-1 13:06

6.5 第5步，FMC的MPU配置

实际测试发现，使能FMC_NE1所管理的存储区的Cache功能后，会出现扩展IO的NE片选和NWE信号输出2次的问题。经过各种Cache方式配置、FMC带宽配置、操作FMC时的数据位宽设置，发现禁止了Cache功能就正常了，也就是说，设置FMC_NE1所管理的存储区MPU属性为Device或者Strongly Ordered即可。

/* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
MPU_InitStruct.Enable       = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.BaseAddress    = 0x60000000;
MPU_InitStruct.Size          = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable    = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsShareable    = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number       = MPU_REGION_NUMBER1;
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
MPU_InitStruct.DisableExec    = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

MPU配置中直接从FMC_NE1的首地址开始配置，设置了64KB空间的属性。将FMC_NE1通过译码器所管理的所有设备地址全部设置为此配置：

磨砂发表于 2021-8-1 13:07

6.6 第6步，AD7606的软件定时器读取数据（方案一）

AD7606的软件定时器读取方式比较简单，周期性调用下面两个函数即可：

AD7606_ReadNowAdc(); /* 读取采样结果 */
AD7606_StartConvst(); /* 启动下次转换 */
函数AD7606_ReadNowAdc的实现如下：

/* AD7606 FSMC总线地址，只能读，无需写 */
#define AD7606_RESULT() *(__IO uint16_t *)0x60003000

void AD7606_ReadNowAdc(void)
{
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第1路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第2路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第3路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第4路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第5路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第6路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第7路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第8路样本 */

AD7606_SEGGER_RTTOUT();
}
启动ADC转换的函数实现如下：

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: AD7606_StartConvst
* 功能说明: 启动1次ADC转换
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void AD7606_StartConvst(void)
{
/* page 7：CONVST 高电平脉冲宽度和低电平脉冲宽度最短 25ns */
/* CONVST平时为高 */
CONVST_0();
CONVST_0();
CONVST_0();

CONVST_1();
}

磨砂发表于 2021-8-1 13:08

6.7 第7步，AD7606的FIFO方式实时读取数据（方案二）

通过下面的框图可以对AD7606的FIFO方式有个整体认识：

[*]启动采集函数AD7606_StartRecord

这个函数的主要作用是配置TIM8的CH1 PWM输出并使能BUSY引脚的EXTI中断。

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: AD7606_StartRecord
* 功能说明: 开始采集
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void AD7606_StartRecord(uint32_t _ulFreq)
{
AD7606_StopRecord();

AD7606_Reset();          /* 复位硬件 */
AD7606_StartConvst();    /* 启动采样，避免第1组数据全0的问题 */

g_tAdcFifo.usRead = 0;    /* 必须在开启定时器之前清0 */
g_tAdcFifo.usWrite = 0;
g_tAdcFifo.usCount = 0;
g_tAdcFifo.ucFull = 0;

AD7606_EnterAutoMode(_ulFreq);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: AD7606_EnterAutoMode
* 功能说明: 配置硬件工作在自动采集模式，结果存储在FIFO缓冲区。
* 形参:_ulFreq : 采样频率，单位Hz， 1k，2k，5k，10k，20K，50k，100k，200k
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void AD7606_EnterAutoMode(uint32_t _ulFreq)
{
/* 配置PC6为TIM8_CH1功能，输出占空比50%的方波 */
bsp_SetTIMOutPWM(CONVST_GPIO, CONVST_PIN, CONVST_TIMX,CONVST_TIMCH, _ulFreq, 5000);

/* 配置PE5, BUSY 作为中断输入口，下降沿触发 */
{
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

   CONVST_RCC_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 打开GPIO时钟 */
   __HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE();

   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING; /* 中断下降沿触发 */
   GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;
   GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
   GPIO_InitStructure.Pin = BUSY_PIN;
   HAL_GPIO_Init(BUSY_GPIO, &GPIO_InitStructure);

   HAL_NVIC_SetPriority(BUSY_IRQn, 2, 0);
   HAL_NVIC_EnableIRQ(BUSY_IRQn);
}
}

[*]AD7606转换完毕后，中断服务程序的处理。

下面这几个函数的调用关系是

[*]EXTI9_5_IRQHandler调用HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler。
[*]HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler调用HAL_GPIO_EXTI_Callback。
[*]HAL_GPIO_EXTI_Callback调用AD7606_ISR。
[*]AD7606_ISR调用AD7606_ReadNowAdc。

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: EXTI9_5_IRQHandler
* 功能说明: 外部中断服务程序。
* 形参：无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(BUSY_PIN);
}

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: EXTI9_5_IRQHandler
* 功能说明: 外部中断服务程序入口, AD7606_BUSY 下降沿中断触发
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
if (GPIO_Pin == BUSY_PIN)
{
   AD7606_ISR();
}
}

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: AD7606_ISR
* 功能说明: 定时采集中断服务程序
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void AD7606_ISR(void)
{
uint8_t i;

AD7606_ReadNowAdc();

for (i = 0; i < 8; i++)
{
   g_tAdcFifo.sBuf = g_tAD7606.sNowAdc;
   if (++g_tAdcFifo.usWrite >= ADC_FIFO_SIZE)
   {
         g_tAdcFifo.usWrite = 0;
   }
   if (g_tAdcFifo.usCount < ADC_FIFO_SIZE)
   {
         g_tAdcFifo.usCount++;
   }
   else
   {
         g_tAdcFifo.ucFull = 1;    /* FIFO 满，主程序来不及处理数据 */
   }
}
}

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: AD7606_ReadNowAdc
* 功能说明: 读取8路采样结果。结果存储在全局变量 g_tAD7606
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void AD7606_ReadNowAdc(void)
{
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第1路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第2路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第3路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第4路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第5路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第6路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第7路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第8路样本 */

AD7606_SEGGER_RTTOUT();
}

这里的FIFO比较好理解，与前面按键FIFO章节的实现是一样的，详情可重温下按键FIFO的实现。

磨砂发表于 2021-8-1 13:09

6.8 第8步，AD7606的双缓冲方式存储思路

为了方便大家实时处理采集的数据，专门预留了一个弱定义函数AD7606_SEGGER_RTTOUT，方便大家将采集函数存储到双缓冲里面，这个函数是在中断服务程序里面调用的。

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: AD7606_ReadNowAdc
* 功能说明: 读取8路采样结果。结果存储在全局变量 g_tAD7606
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
/* 弱定义，方便用户将采集的结果实时输出 */
__weak void AD7606_SEGGER_RTTOUT(void)
{

}

void AD7606_ReadNowAdc(void)
{
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第1路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第2路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第3路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第4路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第5路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第6路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第7路样本 */
g_tAD7606.sNowAdc = AD7606_RESULT(); /* 读第8路样本 */

AD7606_SEGGER_RTTOUT();
}

本章是将此函数用于实时采集数据并输出到J-Scope。

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