Page 53 - 电力与能源2021年第六期
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李毅铭, 等: 基于 ARM 架构的多通道振动信号采集研究                                 6 1
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              换时间最小为 0.41 μ s ( 在 A / D 时钟频率设置为                APB2 时钟, / DCLK 最大配置频率为 36 MHz , 超
                                                                         f A
              最大的 36MHz , 采样周期设置最小的 3 个 A / D                  过该频率就会使采样数据精度显著下降。
              时钟周期下得到), 完全满足一般情况的数据采集                              对于每个要转换的通道, 都需要尽可能让采
              频率需求。同时每个 A / D 包含 19 个复用通道,                     样时间长一点, 以保证数据有较高的准确度, 但是
              可测量来自 16 个外部源、 两个内部源和 UBAT 通                     同时也会降低 A / D 的转换速率。尤其在使用多
              道的信号, 在通道数上也完全符合采样需要。各                           通道进行数据采集时, 合理地配置采样时间成为

              个通道的 A / D 转换还有多个工作模式可供选择,                       关键。本文选择将 A / D 的采样时间配置为 3 个
              分别是: 单 次 转 换、 连 续 转 换、 扫 描 转 换 和 间 断             周期, 最大化 A / D 的转换速率, 降低 A / D 的总转
              转换   [ 8 ] 。                                     换时间, 同时也满足大多数数据采集场景所需的
              1.2 A / D 数据采集                                   精度。

                  A / D 的作用是将模拟信号转化为数字信号。                     1.2.2  采样精度
              大多数 A / D 的自身输入都是来自外部传感的电                           STM32F767 的 A / D 输入范围 UREF≤U IN≤
              压信号, 输出转换后的数字信号              [ 9 ] 。本文讨论的       UREF+ UREF 的输入范围: 1.8V~UDDA UDDA 为模
                                                                    ,
                                                                                                。
              数据采集方法都基于 STM32F767 内部自带的模                       拟电源输入, 等于 UDD 当全速运行时, 2.4 V≤
                                                                                   :
                                                                        (
              数转换器。 A / D 的关键技术参数包括采样时间、                      UDDA≤UDD 3.6V ); 当低速运行时, 1.8V≤UDDA
              采样精度、 分辨率和转换速率等。                                 ≤ UDD 3.6V )。当设置参考电压值为 3.3V 的
                                                                    (
              1.2.1  采样时间                                      情况下, 12 位 A / D 的采集精度如用于采集3.3V
                  A / D 时序图如图 1 所示。 A / D 在开始精确                电压, 那么理想情况下的识别精度为 0.8mV 。
              转换之前需要一段稳定时间 T STAB 随后等待触发                          STM32F767 有一个内部参考电压 U refint 相
                                             ,
                                                                                                       ,
              信号, 当转换开启后, 经过总转换时间, EOC 位置                      当于标准电压测点, 在内部和 A / D1 的通道 17
              1 , 将转换结果保存至 A / D 的数据寄存器中, 最后                   相连。也就是说, 可以通过这个通道对其余 A / D
              用软件对 EOC 位进行清零, 等待下一次转换。                         通道采集的值进行漂移校准, 但使用内部参考电
                                                               压校准就需要多开一路内部 A / D1 _ IN17 。
                                                                   对于采样精度为 12 位的 A / D 来说:
                                                                                         /              ( 3 )
                                                                        U chx=UA / D × U refint UAD
                                                                                  hx          refint
                                                                           ———计 算 后 的 实 际 电 压 值, V ;
                                                               式 中   U chx
                                                                    ——— A / D 通道采样值; U refint=4095×1.2 /
                                                              UA / D
                                                                  hx
                                                              3.3=1489mV , 其中 1.2V 是标准电压测点的电
                                                                                                       ———
                              图 1 A / D 时序图                    压 值, 不 随 外 部 供 电 电 压 变 化; UAD        refint
                   对于 A / D 内部要转换的通道来说, 首先要确                   A / D1的第17个通道 A / D1 _ IN17采集的 A / D 值。
              定的就是采样时间。 A / D 会在多个 f A / DCLK 周期                   对于提高稳定性来说, 一般分为硬件和软件
              内对输入电压进行采样, 采样时间的周期数可以                           两种方式, 硬件上可以在 A / D 引脚和 GND 间跨
              通过修改寄存器的配置位进行修改。它可以被配                            接一个 1 μ F 的电容或者选择滤波器。软件的方
              置为 3 , 15 , 28 , 56 , 84 , 112 , 144 , 480 个周期。每个  式是选择跟自身系统匹配的软件滤波器。
              通道均可以使用不同的采样时间进行采样                    [ 10 ] 。  1.2.3  采样频率
                                                                   本文选择使用 PWM 定时器触发 A / D 进行
                  A / D 单个通道的转换时间:
                       T con = 采样时间 +12 个周期            ( 1 )   采样, 这样就可以通过控制 PWM 定时器的触发
                                                               频 率 来 调 节 所 需 的 AD 采 样 频 率。 对 于
                   对于配置多通道进行采集的 A / D 来说, A / D
                                                              STM32F767 的 定 时 器 来 说,除 了 TIM6 和
              的总转换时间:
                                                              TIM7 , 其他的定时器都可以用来产生脉冲宽度调
                                  N ×T con
                              T =                      ( 2 )   制( PWM ) 输出, 其中定时器 TIM1 和 TIM8 可以
                                   f A / DCLK
              式中  N ———通道数;              ——— A / D 的时钟频        同时产生多达 7 路的输出。
                                  f A / DCLK
              率, 此 时 钟 来 自 于 经 可 编 程 预 分 频 器 分 频 的                 定时器的溢出时间:
   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58