基于GD32F350的数字式电容表

wenyangzeng

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            基于GD32F350的数字式电容表

项目概述：

      GD32F350开发板使用了兆易最新推出的ARM Cortex-M4的32位通用微控制器GD32F350RB，这款芯片自带2路比较器，非常适合用来制作一款低成本的数字式电容表。

设计方案：

      图1是由比较器构成的RC自激振荡电路，R1、R2为比较器正端提供1/2偏压，R3是正反馈电阻，待测电容Cx与RT、CT决定了振荡器的输出频率，基本不受供电电压影响。比较器负输入端与输出端的波形见图2。当RT和CT固定不变时,比较器输出端PT1输出的方波频率与待测电容Cx的容量成反比。

                                         图1

                                       图2

      利用GD32F350RB片内自带的轨对轨比较器CMP0，只要外加少量阻容元件，就能构成图1的RC自激振荡电路。然后配置GD32F350的TIMER1每1秒中断1次，读取脉冲个数并计算就能得到待测电容Cx的值。这款低成本的数字电容表的测量范围（具有2位小数的3个自动切换的量程）：

1.00pf  - 1999.99pf

2.00nf  - 999.99nf

1.00uf  - 10.00uf

方案实施：

A、硬件资源：

      参阅GD32F350手册可知，GD32F350内置的通用比较器可连接的资源非常丰富，用户可以很灵活方便组成各种不同应用功能。本方案（见图3）使用图中红框的连接引脚实现图1自激振荡器功能。比较器的输出直接触发GD32F350内部的EXTI进行计数。

                        图3

      同时，为开发板配置了一片OLED显示屏用来显示测试结果，相关原理图见图4。使用洞洞板焊接了所需的外扩电路。

                                   图4

B、软件资源：

      软件流程很简单，见图5.

                             图5

C、中断资源：

1、ADC_CMP_IRQn

2、CMP0输出中断EXTI21

3、TIMER1_IRQn

D、开发环境：

1、  使用MDK5；

2、  下载GigaDevice.GD32F30x0_DFP.1.0.0.pack为MDK5添加驱动补丁。

3、 下载GD官方GD32F3x0_Firmware_Library_V1.0.0.rar固件库，直接利用GD32F3x0_Firmware_Library_V1.0.0\Template文件夹的演示工程修改添加代码。

     在gd_eval_led_init()函数中配置了LED4来监测1秒中断的工作状况，在官方gd32f3x0_eval.h定义的LED有误，请参考
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-869871-1-1.html  进行修改。

E、主要代码

main()

1. #include "gd32f3x0.h"
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include "gd32f3x0_eval.h"
   
4. #include "oled.h"
   
5. static void rcu_config(void);
   
6. static void gpio_config(void);
   
7. static void nvic_configuration(void);
   
8. static void cmp_config(void);
   
9. static void timer1_configuration(void);
   
10. static void To_Buf(void);
    
11. __IO uint32_t CAP_Value,CMP_Count=0x00;__IO uint32_t CAP;
    
12. uint8_t Number_buf[12],CAP_OK=0;
    
13. 
    
14. int main(void)
    
15. {
    
16.     SystemInit();
    
17.     rcu_config();
    
18.     gpio_config();
    
19.     gd_eval_led_init(LED4);
    
20.     OLED_Init();
    
21.     OLED_Clear();
    
22.     cmp_config();
    
23.     timer1_configuration();
    
24.     nvic_configuration();
    
25. 
    
26.     LCD_Print(8, 0,"基于GD32F350的",TYPE16X16,TYPE8X16);
    
27.     LCD_Print(24, 16,"数字电容表",TYPE16X16,TYPE8X16);        
    
28.     CAP_OK=0x00;
    
29.         
    
30.     while (1)
    
31.                 {
    
32.                     while(CAP_OK==0x00);
    
33.                      To_Buf();
    
34.                       LCD_Print(16, 40,Number_buf,TYPE16X16,TYPE8X16);
    
35.                       CAP_OK=0x00;
    
36.                       CMP_Count=0;                        
    
37.                 }
    
38. }
    

复制代码

cmp_config()

1. static void cmp_config(void)
   
2. {
   
3.     cmp_mode_init(CMP0, CMP_VERYLOWSPEED , CMP_PA5, CMP_HYSTERESIS_HIGH);
   
4.     cmp_output_init(CMP0,CMP_OUTPUT_NONE , CMP_OUTPUT_POLARITY_NOINVERTED);//CMP_OUTPUT_TIMER2IC0
   
5.     cmp_enable(CMP0);
   
6. }
   

复制代码

gpio_config()

1. static void gpio_config(void)
   
2. {
   
3.     gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_5);
   
4.     gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_5);
   
5. gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_6);
   
6.     gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_6);
   
7.     gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_6);
   
8. gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15);
   
9.     gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_OUTPUT , GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15);
   
10. }
    

复制代码

nvic_configuration()

1. static void nvic_configuration(void)
   
2. {
   
3.     nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE1_SUB3);
   
4.     nvic_irq_enable(TIMER1_IRQn, 1, 1);
   
5.     nvic_irq_enable(ADC_CMP_IRQn, 0, 1);
   
6.     exti_init(EXTI_21,EXTI_INTERRUPT,  EXTI_TRIG_RISING);
   
7.     exti_interrupt_enable(EXTI_21);
   
8. }
   

复制代码

timer1_configuration()

1. void timer1_configuration(void)
   
2. {  timer_oc_parameter_struct timer_ocintpara;
   
3.     timer_parameter_struct timer_initpara;
   
4.     timer_deinit(TIMER1);
   
5.     timer_initpara.prescaler         = 5399;
   
6.     timer_initpara.alignedmode       = TIMER_COUNTER_EDGE;
   
7.     timer_initpara.counterdirection  = TIMER_COUNTER_UP;
   
8.     timer_initpara.period            =1480;
   
9.     timer_initpara.clockdivision     = TIMER_CKDIV_DIV1;
   
10.     timer_initpara.repetitioncounter = 0;
    
11.     timer_init(TIMER1,&timer_initpara);
    
12.     timer_ocintpara.ocpolarity  = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;
    
13.     timer_ocintpara.outputstate = TIMER_CCX_ENABLE;
    
14.     timer_channel_output_config(TIMER1,TIMER_CH_0,&timer_ocintpara);
    
15.     timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1,TIMER_CH_0,740);
    
16.     timer_channel_output_mode_config(TIMER1,TIMER_CH_0,TIMER_OC_MODE_TIMING);
    
17.     timer_channel_output_shadow_config(TIMER1,TIMER_CH_0,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);
    
18.     timer_interrupt_enable(TIMER1,TIMER_INT_CH0);
    
19.     timer_interrupt_flag_clear(TIMER1,TIMER_INT_CH0);
    
20.     timer_enable(TIMER1);
    
21. }
    

复制代码

ADC_CMP_IRQHandler()

1. void ADC_CMP_IRQHandler(void)
   
2. {
   
3.     CMP_Count++;
   
4.     EXTI_PD |=0X200000;
   
5. }
   

复制代码

TIMER1_IRQHandler()

1. void TIMER1_IRQHandler(void)
   
2. {
   
3.      if(SET == timer_interrupt_flag_get(TIMER1, TIMER_INT_CH0))
   
4.         {
   
5.           timer_interrupt_flag_clear(TIMER1,TIMER_INT_CH0);
   
6.           CAP_Value=CMP_Count;
   
7.           gd_eval_led_toggle(LED4);
   
8.           CAP_OK=0x01;
   
9.           }
   
10. }
    

复制代码

OLED驱动代码网上彼彼皆是，就不再重复贴出了。

运行结果见图6

                                       图6

视频

补充内容 (2018-11-3 20:26):
static void To_Buf(void)
{        uint8_t unit;
if(CAP_Value==0)CAP_Value=1;
       
                if((uint32_t)CAP_Value>14799)                                                                                        //1.00pf-1999.99pf
                        {
                                CAP=14800000000/CAP_Value;
                                CAP-=125300;
                                if(CAP&0X80000000)CAP=0X00;
                                unit=0;
                        }
                        else
                if((CAP_Value<14800)&&(CAP_Value>148))                //2.00nf-999.99nf
                        {
                                CAP=14800000/CAP_Value;
                                CAP-=148;
                                unit=1;
                        }
                        else       
                                if(CAP_Value>13)
                        {
                                CAP=14800/CAP_Value;                                                                                //1.00uf-10.00uf
                                unit=2;
                        }
       
        if(CAP<1000000)
                        Number_buf[0]=' ';
                        else
                        Number_buf[0]=(CAP%10000000/1000000)+0x30;
                if(CAP<100000)       
                        Number_buf[1]=' ';
                        else
                        Number_buf[1]=(CAP%1000000/100000)+0x30;  
                if(CAP<10000)       
                        Number_buf[2]=' ';
                        else
                        Number_buf[2]=(CAP%100000/10000)+0x30;
                if(CAP<1000)       
                        Number_buf[3]=' ';
                        else       
                        Number_buf[3]=(CAP%10000/1000)+0x30;
       
                if(CAP<100)       
                        Number_buf[4]=' ';
                        else               
                        Number_buf[4]=(CAP%1000/100)+0x30;
                        Number_buf[5]='.';                                
                       
                        Number_buf[6]=(CAP%100/10)+0x30;

                       
                        Number_buf[7]=(CAP%10)+0x30;
                        Number_buf[8]=' ';
                       
                        if(unit==0)
                        Number_buf[9]='p';
                        else
                        if(unit==1)
                        Number_buf[9]='n';
                        else
                        if(unit==2)
                        Number_buf[9]='u';
                        Number_buf[10]='f';
                        Number_buf[11]='\0';
}

nmg

附给评委补充材料：

经验分享	wenyangzeng	GD32F350开发板调试环境建立	点击查看
经验分享	wenyangzeng	GD32F3x0固件库一个文件的修改	点击查看

迈尔风随

楼主强大，学习了

wenyangzeng

迈尔风随 发表于 2018-9-9 23:37
楼主强大，学习了

谢谢楼上的支持

cruelfox

这个设计很简洁。用Timer测量，分辨率可以。 重复测量的稳定度怎样？

wenyangzeng

cruelfox 发表于 2018-9-10 10:12
这个设计很简洁。用Timer测量，分辨率可以。 重复测量的稳定度怎样？

主要就是定时器的定时精度和比较器自激振荡脉冲的抖动率。抖动率引起测量值小数位的波动。

ketose

项目源码 PCB没有提交呢？

wenyangzeng

nmg 发表于 2018-10-25 09:05
附给评委补充材料：

附件补充
cap.rar (12.92 MB, 下载次数: 37)

2018-11-3 20:34 上传

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wenyangzeng

nmg 发表于 2018-10-25 09:05
附给评委补充材料：

gd32f3x0_eval.h的修改附件

gd32f3x0_eval.rar (1.01 KB, 下载次数: 7)

2018-11-3 20:44 上传

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nmg

作者补充作品完整源码
cap.rar (12.92 MB, 下载次数: 61)

2018-11-4 10:25 上传

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le062

厉害

wenyangzeng

le062 发表于 2018-11-4 18:13
厉害

版主过奖了，谢谢