ZDS同學一直很支持Funpack活動，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都旗開得勝！ ZDS同學每次都會給自己的板子3D打印一個外殼，保護得特別好。今天我們就來看看他在第三期的瑞薩板子上做的工作。描述得非常詳細。 以下，enjoy！

個人介紹

ZDS, 安徽師范大學2017級通信工程專業(yè)學生, 在校期間多次參加各類電子設計競賽

板卡介紹

R7FA2A1AB3CFM 單片機

ARM Cortex-M23 內核, 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

Note：Sigma-Delta ADC的基礎知識可以參考ADI出品的MT-022,MT-023 查閱很多資料后Sigma-Delta ADC屬于開關電容型輸入, 必須有低阻源。所以為了簡化外部設計, 內部大多集成有緩沖器. 緩沖器打開, 對外呈現(xiàn)高阻, 且不能測到0V. 需要在輸入端加RC濾波器, 把C取的很大, 遠大于幾百萬倍的采樣電容Cs (4-20PF),則輸入等效純電阻。 因為端口對外呈現(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, 電壓與電阻的關系

在電路中,電阻兩端的電壓使用SDADC的3個通道, 對電路進行采樣,兩兩相減可得

那待測電阻的值就很容易求得

觀察計算式可知, (一定范圍內)與供電電壓無關, 只要測試電路滿足一些條件.

電路設計

處理完基于理論的推導, 接下來的是一些與實際電路有關的注意事項: 閱讀數(shù)據(jù)手冊P75和用戶手冊的P999, 有關于SDADC的使用注意事項中, 可知采樣區(qū)間是0.2~1.8V,并不是開發(fā)板上直接提供的電壓, 也就是說需要將電路進行一些改動.

數(shù)據(jù)手冊P75 - SDADC輸入范圍

用戶手冊 P999 -單端輸入模式下的SDADC輸入輸出關系 為了不浪費測量范圍, 就需要1.8V的電壓, 查看數(shù)據(jù)手冊P78可知, 芯片內置了一個可調節(jié)的電壓輸出SBIAS,輸出范圍0.8~2.2V, 區(qū)間步進為0.2V, 恰好可以設置到SDADC的最高限1.8V.

數(shù)據(jù)手冊P78 - SBIAS特性

此時在測量過大的電阻時, 會因為ADC1的端口電壓小于0.2V, 導致無法測出度數(shù).除了更換更大阻值的標準電阻Rs(但這會給測量操作帶來麻煩), 還可以對低壓部分進行一些的改進. 最低限的0.2V,直接正向串接了一個二極管連接到開發(fā)板的Vss(0v),其正向導通可以提供約0.4~0.7V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, 一個簡單, 測試范圍更廣的電路就搭建完成了!

測試結果

下面是選用不同阻值時的測量結果

1 Ω

10Ω

100Ω

1kΩ

10kΩ

300kΩ

1MΩ 測試量程：在1Ω~1MΩ的范圍內,誤差小于2%,滿足此次活動的30%誤差范圍。

誤差來源分析

由于Sigma-Delta ADC的特性, 測量時最低的數(shù)個有效位會發(fā)生漂動, 但影響到的也只是小數(shù)點的后3位.

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

采用的標準電阻也存在誤差.

改進空間

可換用0.1%或更高精度的電阻減小誤差.

多次采樣并設計合適的數(shù)字濾波器, 減小抖動誤差.

軟件部分

軟件安裝

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

從官網(wǎng)下載 的e2studio

接下來一通next就等待安裝完畢了。

示例代碼

雖然軟件自身帶了一個基于2.1.0的基礎代碼,但功能還是單調了些，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,可以保留示例的作為備份,復制一份工程到工作區(qū), 選擇finish 就可以開始啃代碼了!

工程配置

在此界面中可以調整一些外設模塊的配置,完成后點擊右中上方的Generate Project Content.

會在工程下多出這些配置文件，如同stm32Cube類似的操作。

代碼邏輯

整點花里胡哨

芯片廠商在推廣新品的時候, 仿佛是擔心我們使用的不夠愉快, 也可能是希望后期的開發(fā)能夠更上手, 通常就會順帶發(fā)布開發(fā)板的原理圖和PCB工程, 這就給我?guī)砹朔奖? 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腳墊,用于防止出現(xiàn)磕碰或意外的短接, 我還是設計一個保護的外殼, 并使用3D打印制造出來.

因為是板子的原始數(shù)據(jù), 自然也就能夠嚴絲合縫了, 背面完全的遮擋住, 正面的插針可以方便調試開發(fā), 需要修改跳線的時候也能很輕松的取出。

總結

作為前兩期活動都不落下的我, 自然也是毫不猶豫的參加了第三期。 這次可算是來到了我略熟悉的ARM-M系的裸機開發(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 - 挑功能 – 調代碼”三部曲。M側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)過前兩次的活動訓練, 閱讀英文的教程材料已經(jīng)可以很快上手, 仔細閱讀就會發(fā)現(xiàn)一些意外的驚喜功能, 比如可調的1.8V參考電壓. 感謝硬禾學堂和得捷電子, 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!

責任編輯：xj

原文標題：做作業(yè)測電阻，順便3D打印個外殼——Funpack第三期分享之三

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