过采样提高12位ADC精度在STM32主控上的实现(附电路及代码)

背景：
1. 过去传统的按键都是机械按键，随着技术的发展也出现了触摸按键，但是机械按键不能泡水，寿命也比较短。触摸按键也没法有很多水或泡沫等，金属面板还不能使用。
2. 压感就应运而生，可以应用于不同的面板，还防水防油，寿命也很长。
3. 压感不但可以应用于按键，还可以应用于刷头等，提升了产品的体验。

概述：
1. 深圳瑞浒科技有限公司专注于压力传感器的研发，12ADC过采样技术方案已在最近发布的松下电动牙刷【DC03系列】上实现量产。
2. 标准单键传感器RH101、多键标准传感器、压力按键定制模块，在家电、手机、电子烟、无线耳机和电动牙刷等多领域，不断为3C、家电、卫浴等行业客户带来更高效、更优质的综合解决方案。瑞浒科技是一家基于新型压感材料和印刷工艺的高科技公司，专业研发、生产、制造和检测压力传感器以及提供配套服务。
3. 正常使用压力传感器需要专门的高精度ADC采集芯片，比如M68等专用芯片。
4. 为了减少成本，普及客户的应用，可以采用普通的12bit ADC MCU来实现压力方案。
5. 目前该方案在STM32上面已经有实测和验证通过，如下是详细的实现过程和测试数据。

压感知识补充：
1. 瑞浒科技的压感是电阻桥式的压感，如下图所示：
2. 给压感供电： 比如VCC供电3.3v，然后采集两个信号的差值SIG+和SIG-得到实际按压的力度检测，来实现各种方案。
3. 压感信号比较小，大概uv级别，所以需要专用的高精度的ADC芯片来采集和处理。



压感应用实物概览：





过采样方案(理论依据)：
1. 因为压感信号比较小，假如单独用12位ADC采集，其精度不够。
2. 假如压感供电3.3v，大概计算12位ADC的1ADC = 805uV。没法识别几十或几百uv的压感信号，所以得增加识别精度。
3. 用过采样方式来提高： 软件上，把12bitADC扩展为16bit数据，有效位数为14bit，原理为每隔0.625ms采集一次传感器信号，每16次ADC数据相加的和，即为16bit的ADC数据，有效位数为14bit，最后2bit的数据为无效数据。假如直接以16bit的数据进行运算可以提高ADC精度，有效14bitADC对应 1ADC=201uV 假如按压压感信号可以到几百uV那么就可以省去高精度ADC的MCU。

过采样方案(电路图)：

1. LDO给MCU和压感供电：



2. 12位ADC的MCU和压感：




过采样方案(参考代码)：

int main(void)
{
       
    //初始化ADC，GPIO，TIMER等
    Init_All_Driver();

    while (1)
    {
        //定时0.625ms
        if (time3_ms625_time_out_flag)
        {
                                        time3_ms625_time_out_flag = 0;
                                       
                                        //看门狗喂狗
                                        IWDG_ReloadCounter();
                                       
                                          //获取ADC值
                                          ADC_Get_Data(key_adcdata);
                                          g_adc_sum += (key_adcdata - key_adcdata);
                                          g_10ms_cnt++;
                                       
                                          if(g_10ms_cnt >= 16)         
                                                {
                                              g_10ms_cnt = 0;                                                       
                               
                                                          //压感ADC处理
                                                          key_rawdata = g_adc_sum;
                                                          g_adc_sum = 0;            
                                                       
                                                          //ADC数据处理
                                                                ADC_DealWith();

                                                                //按键处理
                                                                Button_DealWith();                                       

                                                                //按键模式切换
                                                                Button_Mode_Pro();
                                                       
                                                                //时间计时
                                                                Key_Time_Pro();               
                                                                                                                               
                                                }            
        }
    }
}


过采样方案(对比测试数据)：



结论(过采样是可行的)：

1. 从上面实际测量的数据对比看：过采样可以提升精度，从而可以省去专用高精度ADC芯片，来采集压感信号。
2. 假如直接用12bit采集压感信号，只有在施加很大压力的时候,信号非常大的时候才可以采集到信号。

总结(压感降成本使用对比)：

1. 传统使用方式：



2.  低成本方案，省掉高精度AD芯片，直接用主控采集压感：



关于深圳瑞浒科技有限公司

瑞浒科技成立于2015年（公司曾用名瑞湖科技），坐落在中国高科技中心深圳，总部位于南山区创智云城。深圳瑞浒科技有限公司一直以来深耕于压力传感器领域，2018年获得国家级高新技术企业认证，现已成为业内领先的压感触控综合解决方案提供商。

瑞浒科技经过多年的研发，目前在柔性压力传感器、压力感应按键、应变薄膜等领域，已形成深厚积累，产品开始产业化落地。多年的技术累积使瑞浒掌握了最前沿的压感技术与应用，攻破了很多业界技术难题，不论在传感器研发还是上游制造，均拥有自己独特的技术优势和特点，并拥有针对各个领域成熟的压感方案，且都有自主的核心知识产权，通过持续的创新形成了应用不同领域的专利池，建立了行业壁垒。

瑞浒科技目前已达成多行业领域的量产落地，与家电、卫浴、智能穿戴等多个行业的知名客户逐步建立了良好的战略合作关系，并根据客户的实际产品需求，与客户的研发团队一同合作优化方案，确保产品保持高附加值和高性价比。

瑞浒的使命是致力于柔性压感技术对人机交互的革新，在以技术创新为前提下，为客户提供品质好，服务优，响应快的传感器解决方案，以客户需求为已任。持续提供具有竞争力的产品方案，是瑞浒实现人机交互革新的根本准则。

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