工控板 STM32F407 / 24-bit ADC / 乙太網路介面－漢亞科技 Han-Ya

意法 STM32 系列晶片在工業或控制領域使用是非常廣泛的，這裡介紹一塊 F407 的控制板，板子將晶片的周邊電路已經拉出來，並接到歐式端子頭，如圖一所示。簡單介紹 STM32F407 核心是 ARM Cortex-M4F，晶片最高工作頻率 168MHz，底下列出這塊控制板的周邊介面：

1) 16 路光耦合隔離 GPI

2) 16 路光耦合隔離 GPO (有帶+24V電源的接點)

3) 4 路光耦合隔離 GPO (無電源的接點)

4) 2 路 DAC (12-bit, 0-10V)

5) 8 路 ADC (24-bit, 0~10V, 7500 samples/sec) : 接 ADS1256 晶片

6) RS-485(兩組), RS-232(一組), CAN-bus(兩組)

7) Ethernet RJ-45 接口：接 LAN8720 PHY 晶片

8) 8 路高速 PWM 輸出

9) 2 路高速 PWM 輸入

圖一：工控板系統圖示

下圖二是控制板的實體圖片，左下角是總電源 +24V 供電，右下角有一個 USB 接口 (UART to USB)，用來接到電腦，當做終端機可以查看 debug 訊息，也可以當做系統參數配置的通訊介面，像是設定網路 IP 參數或系統參數....等。下方的 GPO 的數位輸出端子都會對應一個 LED 燈，當 GPO 輸出為 1 時，燈號就會亮起，反之，燈號會熄滅。

圖二：工控板實物圖示

控制板上面用了一顆 ADS1256 ADC 晶片，具有八個通道，解析度為 24-bit，總取樣率最高為 30k samples/sec。由於 F407 對於中斷處理的速度還不夠快，不足以滿足最高取樣率 30K 的條件。實測下來，如果系統只用到單一通道，則取樣率可高達到 15K samples/sec，如果系統要多個通道掃描的話，則取樣率最多只能做到 7.5K 或者甚至更低 3.75K。

下圖三是 ADC 取樣到的點 (24-bit) 利用網路傳送到電腦上，並在電腦上將取樣點描繪出來，像是一個示波器的顯示一樣。圖中的橫軸代表取樣的點數，縱軸代表取樣點的電壓。測試過程，利用控制板上面的 DAC 輸出一個三角波型的電壓訊號，然後將此訊號接到 ADC 通道上，於是我們就能看到圖三所呈現的樣貌。