【FOC相关外设】内部OPA的应用

一、OPA介绍

CW32L012 集成两路独立轨到轨运算放大器，支持 1.7~5.5V 宽电压供电，具备正常与低功耗两种工作模式，适配低功耗锂电产品设计。

运放支持多路内外输入切换，同相端可接入外部模拟信号或内部 DAC 电压，反相端可选外部引脚输入，输出可直连片内 ADC，省去外围缓冲电路。芯片自带失调电压自动校准功能，有效提升小信号采集精度。

电气性能优秀，正常模式带宽可达 2MHz，低功耗模式大幅降低静态功耗，输入输出接近电源轨。常应用于电流采样放大、电压信号缓冲、有源滤波、传感器信号调理等场景，精简外围电路，降低硬件成本，适配各类低功耗模拟采集控制系统，核心特性如下：

数量：2 个独立 OPA（OPA1、OPA2）

供电：1.7V–5.5V，轨到轨输入 / 输出（RRIO）

功耗：正常 / 低功耗双模式，可在 DeepSleep 下运行

输入

同相端（INP）：3 路外部 + 1 路内部 DAC（DAC_OUT）
反相端（INN）：2 路外部输入

输出：可映射到 GPIO 引脚，也可内部直连 ADC/VC

校准：内置失调电压校准，支持软件 / 事件触发

应用：信号放大、电流采样、电压跟随、有源滤波、比较器前置

二、OPA基本原理

运算放大器（OPA）是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗的模拟集成电路，核心由多级差分放大电路构成，主要包含同相输入端（+）、反相输入端（-）和输出端三个关键引脚，广泛应用于信号放大、缓冲、滤波等场景。

OPA工作遵循两大理想特性：一是“虚短”，闭环工作时，正负输入端电压近似相等，差值趋近于零；二是“虚断”，两个输入端几乎无电流流入，输入阻抗极高，可避免影响被测信号源。其核心工作逻辑是放大正负输入端的电压差值，内部开环增益极高，输出电压受电源电压限制，无法无限放大，需通过外接反馈网络稳定工作。

实际应用中，OPA主要有两种常用接法：电压跟随器（输出直连反相端，增益为1，用于信号缓冲隔离）和比例放大器（外接电阻构成负反馈，精准设定放大倍数）。负反馈是OPA稳定工作的关键，可固定放大倍数、降低信号失真、稳定输出电压，适配各类模拟信号调理需求，是电子设备中模拟电路的核心器件。

三、配置流程

本实验使用OPA外设进行，需要开启OPA时钟，使用__SYSCTRL_OPA_CLK_ENABLE宏定义开启时钟；

配置引脚，设置 OPA 通道对应的 GPIO 引脚为模拟功能；

使用结构体OPA_InitTypeDef，对OPA进行配置，使能正端模拟输入信号 INPy，使能负端模拟输入信号 INNy；

选择外部放大模式，使能模拟输出OUT，使能OPA；

选择电平校准，使能校准功能，启动电平校准；

延时等待规定的校准时长，停止电平校准；

通过ADC采样OPA输出信号；

四、配置OPA

 

void OPA_Configuration(void)
{
    __SYSCTRL_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __SYSCTRL_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    gpio_init_struct.IT = GPIO_IT_NONE;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
    gpio_init_struct.Pins = GPIO_PIN_7;
    GPIO_Init(CW_GPIOA, &gpio_init_struct);
    AFx_OPA1INN2_PA07();
    gpio_init_struct.Pins = GPIO_PIN_0;
    GPIO_Init(CW_GPIOB, &gpio_init_struct);
    AFx_OPA1OUT_PB00();
    __SYSCTRL_OPA_CLK_ENABLE();
    OPA_InitTypeDef opa_init_sturct;
    opa_init_sturct.InputP = OPA_INPUT_INP2;
    opa_init_sturct.InputN = OPA_INPUT_INN2;
    opa_init_sturct.Bias = OPA_BIAS_8UA_4US;
    opa_init_sturct.PgaGain = OPA_PGA_GAIN2;
    opa_init_sturct.WorkMode = OPA_WORKMODE_STANDALONE;
    OPA_Init(CW_OPA1, &opa_init_sturct);
    OPA_AutoZeroTrig_Config(CW_OPA1, OPA_AZCLOCK_PCLK_DIV4, OPA_AZPERIOD_AZCLK512, OPA_AZTRIGSRC_ADC1START);
    OPA_Start(CW_OPA1);
}

 

五、数据采集

在main.c中采集数据，初始化外设，调用ADC_GetSqr0Result函数获取adc转换序列0中的adc原始数据，每延时500ms，调用UART1_SendBytes函数通过串口发送到上位机

 

int main(void)
{
    uint16_t adc_value = 0;
    SYSCTRL_HSI_Enable(SYSCTRL_HSIOSC_DIV1);
    SYSCTRL_HCLKPRS_Config(SYSCTRL_HCLK_DIV1);
    SYSCTRL_PCLKPRS_Config(SYSCTRL_PCLK_DIV1);
    SYSCTRL_SystemCoreClockUpdate(96000000);
    InitTick(96000000);
    Int_Uart_Init();
    GPIO_Configuration();
    OPA_Configuration();
    ADC_Configuration();
    UART1_SendBytes("hello,world!", 12);
    while (1)
    {
        ADC_GetSqr0Result(CW_ADC1, &adc_value);
        sprintf(convert_string, "%d", adc_value);
        UART1_SendBytes((uint8_t*)convert_string, 4);
        SysTickDelay(500);
    }
}

 

六、实验现象

通过原始数据计算：2100 / 4096 * 5=2.563V，最后得到了2.563V的一个电压值，和在采集A相相电流的电路中有一个2.5V的偏置电压大致相等。

实验例程如下：

通过网盘分享的文件：OPA_and_ADC.zip

链接: https://pan.baidu.com/s/13Fe61RT6eYeT0NngDCzKig?pwd=L012 提取码: L012

审核编辑 黄宇