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【实战经验】运算放大器OPAMP在STM32L4上的应用

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本帖最后由 香水城 于 2017-9-26 10:45 编辑

运算放大器OPAMP在STM32L4上的应用

前言
    STM32L4集成了运算放大器(OPAMP),可对模拟信号进行放大处理,可节省MCU外接OPAMP的硬件成本。本文档将介绍STM32L4的片内OPAMP的不同工作模式,并提供配置OPAMP的例程。


STM32L4运算放大器特性
以下是STM32L4 OPAMP的关键特性:
 轨对轨输入、输出;
 低漂移电压,且漂移可以在应用中校准;
 两种功耗操作模式:
     正常模式:约120微安电流
     低功耗模式:约40微安电流
 多种片内配置:
     标准模式:外部增益设置
     跟随器模式
     PGA模式:内部增益设置(2倍,4倍,8倍,16倍)
     PGA模式:用于滤波的反向输入内部增益设置(2倍,4倍,8倍,16倍)
 增益带宽:1.6MHz
 快速的唤醒时间:支持模式10微妙,低功耗模式30微妙。
 输入失调电压:校准之后的输入偏移电压小于1mV,出厂设置的偏移电压为10mV。
 输入偏置电流:小于±1nA(对于专用模拟引脚)
 工作条件:1.8V<VDDA<3.6V

图1 标准模式,外部增益设置
    使用内部开关连接反向输入到外部电阻,运算放大器可以被配置为使用外部反馈电阻的运算放大器电路。

图2 跟随器模式
    使用内部开关连接输出到反向输入,运算放大器可以被配置为一个内部电压跟随器。内部电压跟随器模式下,被分配到运算放大器的反向输入引脚是空闲的,所以该引脚可以被配置为GPIO的其它功能功。

图3 PGA模式,内部增益设置(增益=2,4,8,16)
    STM32L4的运算放大器支持使用4个固定增益的反向放大器模式。反馈电阻通过可编程增益放大器功能来配置2,4,8或16倍的增益。

图4 PGA模式,内部增益设置(增益=2,4,8,16),使用反向输入端进行滤波
    运算放大器也支持输出到反向输入的外部连接来创建PGA模式,使用外部电容来添加PGA配置的低通滤波器特性。

硬件环境
    本文档硬件环境基于STM32L476G-EVAL,硬件原理图如下:

图5 STM32L476G-EVAL OPAMP电路
    OPAMP1的输入和输出分别对的引脚是PA0,PA1和PA3,同向输入P0连接到JP7的1脚,运放的输出PA3有个测试点TP9。运放OPAMP1的增益取决于电阻RV2和R121,增益的计算公式如下:
    增益 = 1 + (RV2) ÷ (R121)
    RV2的阻值范围从0到10kΩ,R121是1kΩ,增益可从1到11变化,连接到PA0的电阻R63可以减小输出的偏移。

软件配置
    以外部增益配置为例,进行STM32CubeMX配置,在配置之前确保CN10连接上,JP10连接到12方向或者23方向。
1.选择STM32L476ZGTx,如下所示:


2.配置时钟为80MHz系统时钟,如下图所示:


3.配置OPAMP1为标准外部增益配置模式,如下图所示:

    至此,CubeMX中已经配置了一个简单的OPAMP外部增益配置的例子,使用CubeMX生成工程代码,并在main.c中添加如下代码来开启OPAMP。

    运行软件后,调节RV3来调节OPAMP的正向输入电压,调节RV2来调节OPAMP的增益,通过电压测量工具可测量OPAMP的正向输入与输出电压,通过输出电压与输入电压比值和(1+RV2/R121)进行对比。

总结
    片内的OPAMP可对模拟信号进行放大处理,配合片内的DAC等外设,可实现各种不同的应用。本文档提供了STM32L4 OPAMP的一个简单易用的例子,更多详细的应用请参考STM32L4x6用户手册等资料。


对应的PDF和代码链接:运算放大器OPAMP在STM32L4上的应用
更多实战经验请看:【ST MCU实战经验汇总贴】



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