在瑞萨板卡上做的工作：做作业测电阻，顺便3D打印个外壳
zds同学一直很支持funpack活动，即使临近考研了，依然积极参与。今天是考研日，祝他和所有参加考试的同学都旗开得胜！ zds同学每次都会给自己的板子3d打印一个外壳，保护得特别好。今天我们就来看看他在第三期的瑞萨板子上做的工作。描述得非常详细。 以下，enjoy！
个人介绍
zds, 安徽师范大学2017级通信工程专业学生, 在校期间多次参加各类电子设计竞赛
板卡介绍
r7fa2a1ab3cfm 单片机
arm cortex-m23 内核, 主频48mhz,
64脚 lqfp封装,
256kb flash， 32kb ram，8kb数据flash
超高精度24-bit adc
板载 segger j-link
硬件部分
sigma-delta adc相关
note：sigma-delta adc的基础知识可以参考adi出品的mt-022,mt-023 查阅很多资料后sigma-delta adc属于开关电容型输入, 必须有低阻源。所以为了简化外部设计, 内部大多集成有缓冲器. 缓冲器打开, 对外呈现高阻, 且不能测到0v. 需要在输入端加rc滤波器, 把c取的很大, 远大于几百万倍的采样电容cs (4-20pf),则输入等效纯电阻。 因为端口对外呈现高阻, 忽略sdadc的分流, 所以端口串接电阻与否,影响不是很大
端口串接电阻前
端口串接电阻后
测试原理
由kirchhoff's law可知,在同一支路中电流相等
又由ohm's law
可得未知电阻与已知电阻之间, 电压与电阻的关系
在电路中,电阻两端的电压使用sdadc的3个通道, 对电路进行采样,两两相减可得
那待测电阻的值就很容易求得
观察计算式可知, (一定范围内)与供电电压无关, 只要测试电路满足一些条件.
电路设计
处理完基于理论的推导, 接下来的是一些与实际电路有关的注意事项: 阅读数据手册p75和用户手册的p999, 有关于sdadc的使用注意事项中, 可知采样区间是0.2~1.8v,并不是开发板上直接提供的电压, 也就是说需要将电路进行一些改动.
数据手册p75 - sdadc输入范围
用户手册 p999 -单端输入模式下的sdadc输入输出关系 为了不浪费测量范围, 就需要1.8v的电压, 查看数据手册p78可知, 芯片内置了一个可调节的电压输出sbias,输出范围0.8~2.2v, 区间步进为0.2v, 恰好可以设置到sdadc的最高限1.8v.
数据手册p78 - sbias特性
此时在测量过大的电阻时, 会因为adc1的端口电压小于0.2v, 导致无法测出度数.除了更换更大阻值的标准电阻rs(但这会给测量操作带来麻烦), 还可以对低压部分进行一些的改进. 最低限的0.2v,直接正向串接了一个二极管连接到开发板的vss(0v),其正向导通可以提供约0.4~0.7v的压降(由于自己手边材料限制, 能选用约0.25v压降的肖特基二极管更佳!)
至此, 如图, 一个简单, 测试范围更广的电路就搭建完成了!
测试结果
下面是选用不同阻值时的测量结果
1 ω
10ω
100ω
1kω
10kω
300kω
1mω 测试量程：在1ω~1mω的范围内,误差小于2%,满足此次活动的30%误差范围。
误差来源分析
由于sigma-delta adc的特性, 测量时最低的数个有效位会发生漂动, 但影响到的也只是小数点的后3位.
由于使用的是普通的细芯杜邦线与一个旧的面包板, 所以在测量小电阻的情况下, 接触电阻不可以忽略.
采用的标准电阻也存在误差.
改进空间
可换用0.1%或更高精度的电阻减小误差.
多次采样并设计合适的数字滤波器, 减小抖动误差.
软件部分
软件安装
e² studio软件的主体依然是基于eclipse的集成开发环境, 基于瑞萨mcu进行的一些功能定制
从官网下载 的e2studio
接下来一通next就等待安装完毕了。
示例代码
虽然软件自身带了一个基于2.1.0的基础代码,但功能还是单调了些，可以从官方下载到更多功能的示例代码压缩包
(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) 打开软件
找到解压完成的示例代码, 挑选需要参照的功能
勾选此项,可以保留示例的作为备份,复制一份工程到工作区, 选择finish 就可以开始啃代码了!
工程配置
在此界面中可以调整一些外设模块的配置,完成后点击右中上方的generate project content.
会在工程下多出这些配置文件，如同stm32cube类似的操作。
代码逻辑
整点花里胡哨
芯片厂商在推广新品的时候, 仿佛是担心我们使用的不够愉快, 也可能是希望后期的开发能够更上手, 通常就会顺带发布开发板的原理图和pcb工程, 这就给我带来了方便, eda软件除了可以直接查看pcb文件, 也可以将板子的一些信息导出, 比如我要使用的3d尺寸文件. 虽然这次的板子自带了胶质脚垫,用于防止出现磕碰或意外的短接, 我还是设计一个保护的外壳, 并使用3d打印制造出来.
因为是板子的原始数据, 自然也就能够严丝合缝了, 背面完全的遮挡住, 正面的插针可以方便调试开发, 需要修改跳线的时候也能很轻松的取出。
总结
作为前两期活动都不落下的我, 自然也是毫不犹豫的参加了第三期。 这次可算是来到了我略熟悉的arm-m系的裸机开发, 通用的eclipse环境就很亲切, 观看了直播跟着大佬快速上手软件的使用后, 就是常规的”看手册 - 挑功能 – 调代码”三部曲。m侧的芯片总体都很相似，而且厂商也有提供丰富的例程参考, 在经过前两次的活动训练, 阅读英文的教程材料已经可以很快上手, 仔细阅读就会发现一些意外的惊喜功能, 比如可调的1.8v参考电压. 感谢硬禾学堂和得捷电子, 群里互帮互助的小伙伴和解答疑惑的老师! 也感谢辛苦审核的老师!
原文标题：做作业测电阻，顺便3d打印个外壳——funpack第三期分享之三
文章出处：【微信公众号：fpga入门到精通】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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note：sigma-delta adc的基础知识可以参考adi出品的mt-022,mt-023 查阅很多资料后sigma-delta adc属于开关电容型输入, 必须有低阻源。所以为了简化外部设计, 内部大多集成有缓冲器. 缓冲器打开, 对外呈现高阻, 且不能测到0v. 需要在输入端加rc滤波器, 把c取的很大, 远大于几百万倍的采样电容cs (4-20pf),则输入等效纯电阻。 因为端口对外呈现高阻, 忽略sdadc的分流, 所以端口串接电阻与否,影响不是很大
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又由ohm's law
可得未知电阻与已知电阻之间, 电压与电阻的关系
在电路中,电阻两端的电压使用sdadc的3个通道, 对电路进行采样,两两相减可得
那待测电阻的值就很容易求得
观察计算式可知, (一定范围内)与供电电压无关, 只要测试电路满足一些条件.
电路设计
处理完基于理论的推导, 接下来的是一些与实际电路有关的注意事项: 阅读数据手册p75和用户手册的p999, 有关于sdadc的使用注意事项中, 可知采样区间是0.2~1.8v,并不是开发板上直接提供的电压, 也就是说需要将电路进行一些改动.
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用户手册 p999 -单端输入模式下的sdadc输入输出关系 为了不浪费测量范围, 就需要1.8v的电压, 查看数据手册p78可知, 芯片内置了一个可调节的电压输出sbias,输出范围0.8~2.2v, 区间步进为0.2v, 恰好可以设置到sdadc的最高限1.8v.
数据手册p78 - sbias特性
此时在测量过大的电阻时, 会因为adc1的端口电压小于0.2v, 导致无法测出度数.除了更换更大阻值的标准电阻rs(但这会给测量操作带来麻烦), 还可以对低压部分进行一些的改进. 最低限的0.2v,直接正向串接了一个二极管连接到开发板的vss(0v),其正向导通可以提供约0.4~0.7v的压降(由于自己手边材料限制, 能选用约0.25v压降的肖特基二极管更佳!)
至此, 如图, 一个简单, 测试范围更广的电路就搭建完成了!
测试结果
下面是选用不同阻值时的测量结果
1 ω
10ω
100ω
1kω
10kω
300kω
1mω 测试量程：在1ω~1mω的范围内,误差小于2%,满足此次活动的30%误差范围。
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由于sigma-delta adc的特性, 测量时最低的数个有效位会发生漂动, 但影响到的也只是小数点的后3位.
由于使用的是普通的细芯杜邦线与一个旧的面包板, 所以在测量小电阻的情况下, 接触电阻不可以忽略.
采用的标准电阻也存在误差.
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代码逻辑
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因为是板子的原始数据, 自然也就能够严丝合缝了, 背面完全的遮挡住, 正面的插针可以方便调试开发, 需要修改跳线的时候也能很轻松的取出。
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文章出处：【微信公众号：fpga入门到精通】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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