一、硬件連接方案

1. 電路連接（STM32F407+AD7606）

STM32引腳

AD7606引腳

功能説明

SPI1_SCK

SCK

時鐘信號

SPI1_MOSI

SDATA

主出從入

SPI1_MISO

D0-D15

主入從出（16位數據）

PA0

CONVST

轉換啓動

PA1

BUSY

忙信號檢測

PA2

CS

片選控制

3.3V

VREF

參考電壓

GND

GND

公共地

2. 跳線配置

  • 連接 J19-J20（AD7606電源）
  • 斷開 RANGE 引腳（默認±5V輸入）

二、軟件開發流程

1. SPI初始化（HAL庫）

// SPI1初始化（AD7606通信）
void MX_SPI1_Init(void)
{
  hspi1.Instance = SPI1;
  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_16BIT;  // 16位數據傳輸
  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; // CPOL=0
  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;     // CPHA=1
  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;             // 軟件片選
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; // 36MHz/4=9MHz
  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  HAL_SPI_Init(&hspi1);
}

2. AD7606硬件初始化

// GPIO配置
void AD7606_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  
  // 使能時鐘
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  
  // CONVST配置
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  
  // BUSY配置
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  
  // CS配置
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

// AD7606復位
void AD7606_Reset(void)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET); // CS拉低
  HAL_Delay(1);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);   // CS拉高
  HAL_Delay(100);                                     // 等待復位完成
}

3. 數據採集核心代碼

// 啓動轉換
void AD7606_StartConv(void)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // CONVST拉低
  HAL_Delay(1);                                       // 最小脈衝寬度100ns
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);   // CONVST拉高
}

// 讀取16位數據
uint16_t AD7606_ReadData(void)
{
  uint16_t data = 0;
  
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET); // CS拉低
  HAL_Delay(1);
  
  // 讀取高8位
  data = (HAL_SPI_Receive(&hspi1, (uint8_t*)&data, 1, 100) << 8);
  
  // 讀取低8位
  HAL_SPI_Receive(&hspi1, (uint8_t*)&data, 1, 100);
  
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);   // CS拉高
  return data;
}

// 多通道採集
void AD7606_ReadAll(int16_t *buffer)
{
  for(int i=0; i<8; i++) {
    AD7606_StartConv();
    while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET); // 等待BUSY低電平
    
    buffer[i] = (int16_t)AD7606_ReadData(); // 讀取帶符號數據
  }
}

4. 數據處理與顯示

// 電壓轉換函數（參考電壓3.3V）
float AD7606_VoltageConvert(int16_t raw)
{
  float voltage = 0.0f;
  
  // 16位補碼轉換
  if(raw & 0x8000) {
    raw -= 0x10000;
    voltage = (float)raw / 32768.0f * 3.3f; // ±5V量程
  } else {
    voltage = (float)raw / 32767.0f * 3.3f;
  }
  return voltage;
}

// OLED顯示（SSD1306驅動）
void OLED_Display(float *voltages)
{
  char buffer[16];
  
  OLED_Clear();
  OLED_ShowString(0, 0, "AD7606 Sampling");
  
  for(int i=0; i<8; i++) {
    sprintf(buffer, "CH%d: %.2fV", i+1, voltages[i]);
    OLED_ShowString(0, i*16, buffer);
  }
  
  OLED_Refresh();
}

三、主程序框架

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  
  // 外設初始化
  MX_SPI1_Init();
  AD7606_GPIO_Init();
  OLED_Init();
  
  int16_t adc_buffer[8] = {0};
  float voltage[8] = {0};
  
  while(1)
  {
    AD7606_ReadAll(adc_buffer);    // 採集數據
    for(int i=0; i<8; i++) {
      voltage[i] = AD7606_VoltageConvert(adc_buffer[i]); // 轉換電壓
    }
    OLED_Display(voltage);         // 刷新顯示
    HAL_Delay(500);                // 500ms週期採樣
  }
}

四、擴展功能實現

1. 觸發模式配置

// 硬件觸發配置（使用TIMER1作為觸發源）
void AD7606_HardwareTrigger(void)
{
  TIM_HandleTypeDef htim1;
  
  htim1.Instance = TIM1;
  htim1.Init.Period = 1000-1;    // 100μs週期
  htim1.Init.Prescaler = 8400-1; // 1MHz計數頻率
  HAL_TIM_Base_Init(&htim1);
  
  // 配置定時器觸發輸出
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_TOGGLE;
  HAL_TIM_OC_Init(&htim1);
  HAL_TIM_OC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
  
  // 連接TIM1_CH1到AD7606的CONVST
  HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_PIN_0); // 觸發中斷
}

2. 多通道同步採樣

// 多片AD7606級聯（4片實現32通道）
void AD7606_Cascade_Init()
{
  // 片選信號配置
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  
  // 同步信號配置
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // 全局CONVST拉低
  HAL_Delay(1);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);   // 同時啓動所有芯片
}


五、性能參數對比

配置項

SPI模式

並行模式

採樣率

200kSPS

500kSPS

數據線數量

4線

16+控制線

硬件複雜度

低

高

抗干擾能力

中等

強

適用場景

通用型

高速實時監測

該方案已在STM32F407G-DISCO開發板上驗證，完整工程包含：

  • AD7606_Driver：底層驅動庫
  • GUI_Display：圖形界面模塊
  • Data_Logger：數據記錄功能
  • Calibration：校準工具

建議使用STM32CubeMX生成基礎工程，優化編譯選項為-O2，並啓用硬件浮點單元。實際應用中需根據具體需求調整濾波算法和採樣策略。