ZDS同學(xué)一直很支持Funpack活動(dòng)，即使臨近考研了，依然積極參與。今天是考研日，祝他和所有參加考試的同學(xué)都旗開(kāi)得勝！ ZDS同學(xué)每次都會(huì)給自己的板子3D打印一個(gè)外殼，保護(hù)得特別好。今天我們就來(lái)看看他在第三期的瑞薩板子上做的工作。描述得非常詳細(xì)。 以下，enjoy！

個(gè)人介紹

ZDS, 安徽師范大學(xué)2017級(jí)通信工程專業(yè)學(xué)生, 在校期間多次參加各類電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽

板卡介紹

R7FA2A1AB3CFM 單片機(jī)

ARM Cortex-M23 內(nèi)核, 主頻48MHz,

64腳 LQFP封裝,

256kB Flash， 32kB RAM，8kB數(shù)據(jù)Flash

超高精度24-bit ADC

板載 Segger J-link

硬件部分

Sigma-Delta ADC相關(guān)

Note：Sigma-Delta ADC的基礎(chǔ)知識(shí)可以參考ADI出品的MT-022,MT-023 查閱很多資料后Sigma-Delta ADC屬于開(kāi)關(guān)電容型輸入, 必須有低阻源。所以為了簡(jiǎn)化外部設(shè)計(jì), 內(nèi)部大多集成有緩沖器. 緩沖器打開(kāi), 對(duì)外呈現(xiàn)高阻, 且不能測(cè)到0V. 需要在輸入端加RC濾波器, 把C取的很大, 遠(yuǎn)大于幾百萬(wàn)倍的采樣電容Cs (4-20PF),則輸入等效純電阻。 因?yàn)?a target="_blank">端口對(duì)外呈現(xiàn)高阻, 忽略SDADC的分流, 所以端口串接電阻與否,影響不是很大

端口串接電阻前

端口串接電阻后

測(cè)試原理

由Kirchhoff's Law可知,在同一支路中電流相等

又由Ohm's Law

可得未知電阻與已知電阻之間, 電壓與電阻的關(guān)系

在電路中,電阻兩端的電壓使用SDADC的3個(gè)通道, 對(duì)電路進(jìn)行采樣,兩兩相減可得

那待測(cè)電阻的值就很容易求得

觀察計(jì)算式可知, (一定范圍內(nèi))與供電電壓無(wú)關(guān), 只要測(cè)試電路滿足一些條件.

電路設(shè)計(jì)

處理完基于理論的推導(dǎo), 接下來(lái)的是一些與實(shí)際電路有關(guān)的注意事項(xiàng): 閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)P75和用戶手冊(cè)的P999, 有關(guān)于SDADC的使用注意事項(xiàng)中, 可知采樣區(qū)間是0.2~1.8V,并不是開(kāi)發(fā)板上直接提供的電壓, 也就是說(shuō)需要將電路進(jìn)行一些改動(dòng).

數(shù)據(jù)手冊(cè)P75 - SDADC輸入范圍

用戶手冊(cè) P999 -單端輸入模式下的SDADC輸入輸出關(guān)系 為了不浪費(fèi)測(cè)量范圍, 就需要1.8V的電壓, 查看數(shù)據(jù)手冊(cè)P78可知, 芯片內(nèi)置了一個(gè)可調(diào)節(jié)的電壓輸出SBIAS,輸出范圍0.8~2.2V, 區(qū)間步進(jìn)為0.2V, 恰好可以設(shè)置到SDADC的最高限1.8V.

數(shù)據(jù)手冊(cè)P78 - SBIAS特性

此時(shí)在測(cè)量過(guò)大的電阻時(shí), 會(huì)因?yàn)锳DC1的端口電壓小于0.2V, 導(dǎo)致無(wú)法測(cè)出度數(shù).除了更換更大阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs(但這會(huì)給測(cè)量操作帶來(lái)麻煩), 還可以對(duì)低壓部分進(jìn)行一些的改進(jìn). 最低限的0.2V,直接正向串接了一個(gè)二極管連接到開(kāi)發(fā)板的Vss(0v),其正向?qū)梢蕴峁┘s0.4~0.7V的壓降(由于自己手邊材料限制, 能選用約0.25V壓降的肖特基二極管更佳!)

至此, 如圖, 一個(gè)簡(jiǎn)單, 測(cè)試范圍更廣的電路就搭建完成了!

測(cè)試結(jié)果

下面是選用不同阻值時(shí)的測(cè)量結(jié)果

1 Ω

10Ω

100Ω

1kΩ

10kΩ

300kΩ

1MΩ 測(cè)試量程：在1Ω~1MΩ的范圍內(nèi),誤差小于2%,滿足此次活動(dòng)的30%誤差范圍。

誤差來(lái)源分析

由于Sigma-Delta ADC的特性, 測(cè)量時(shí)最低的數(shù)個(gè)有效位會(huì)發(fā)生漂動(dòng), 但影響到的也只是小數(shù)點(diǎn)的后3位.

由于使用的是普通的細(xì)芯杜邦線與一個(gè)舊的面包板, 所以在測(cè)量小電阻的情況下, 接觸電阻不可以忽略.

采用的標(biāo)準(zhǔn)電阻也存在誤差.

改進(jìn)空間

可換用0.1%或更高精度的電阻減小誤差.

多次采樣并設(shè)計(jì)合適的數(shù)字濾波器, 減小抖動(dòng)誤差.

軟件部分

軟件安裝

e2 studio軟件的主體依然是基于Eclipse的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境, 基于瑞薩MCU進(jìn)行的一些功能定制

從官網(wǎng)下載 的e2studio

接下來(lái)一通next就等待安裝完畢了。

示例代碼

雖然軟件自身帶了一個(gè)基于2.1.0的基礎(chǔ)代碼,但功能還是單調(diào)了些，可以從官方下載到更多功能的示例代碼壓縮包
(https://www2.renesas.cn/cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/ra-cortex-m-mcus/ra2a1-32-bit-microcontrollers-48mhz-arm-cortex-m23-and-integration-24-bit-sigma-delta-adc) 打開(kāi)軟件

找到解壓完成的示例代碼, 挑選需要參照的功能

勾選此項(xiàng),可以保留示例的作為備份,復(fù)制一份工程到工作區(qū), 選擇finish 就可以開(kāi)始啃代碼了!

工程配置

在此界面中可以調(diào)整一些外設(shè)模塊的配置,完成后點(diǎn)擊右中上方的Generate Project Content.

會(huì)在工程下多出這些配置文件，如同stm32Cube類似的操作。

代碼邏輯

整點(diǎn)花里胡哨

芯片廠商在推廣新品的時(shí)候, 仿佛是擔(dān)心我們使用的不夠愉快, 也可能是希望后期的開(kāi)發(fā)能夠更上手, 通常就會(huì)順帶發(fā)布開(kāi)發(fā)板的原理圖和PCB工程, 這就給我?guī)?lái)了方便, EDA軟件除了可以直接查看PCB文件, 也可以將板子的一些信息導(dǎo)出, 比如我要使用的3D尺寸文件. 雖然這次的板子自帶了膠質(zhì)腳墊,用于防止出現(xiàn)磕碰或意外的短接, 我還是設(shè)計(jì)一個(gè)保護(hù)的外殼, 并使用3D打印制造出來(lái).

因?yàn)槭前遄拥脑紨?shù)據(jù), 自然也就能夠嚴(yán)絲合縫了, 背面完全的遮擋住, 正面的插針可以方便調(diào)試開(kāi)發(fā), 需要修改跳線的時(shí)候也能很輕松的取出。

總結(jié)

作為前兩期活動(dòng)都不落下的我, 自然也是毫不猶豫的參加了第三期。 這次可算是來(lái)到了我略熟悉的ARM-M系的裸機(jī)開(kāi)發(fā), 通用的eclipse環(huán)境就很親切, 觀看了直播跟著大佬快速上手軟件的使用后, 就是常規(guī)的”看手冊(cè) - 挑功能 – 調(diào)代碼”三部曲。M側(cè)的芯片總體都很相似，而且廠商也有提供豐富的例程參考, 在經(jīng)過(guò)前兩次的活動(dòng)訓(xùn)練, 閱讀英文的教程材料已經(jīng)可以很快上手, 仔細(xì)閱讀就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些意外的驚喜功能, 比如可調(diào)的1.8V參考電壓. 感謝硬禾學(xué)堂和得捷電子, 群里互幫互助的小伙伴和解答疑惑的老師! 也感謝辛苦審核的老師!

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：做作業(yè)測(cè)電阻，順便3D打印個(gè)外殼——Funpack第三期分享之三

文章出處：【微信公眾號(hào)：FPGA入門(mén)到精通】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。