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简介：STM32F429驱动两片AD7689的完整工程源码，面向嵌入式开发与电力信号采集场景，解决16通道高精度同步采样需求。工程基于Cortex-M4内核与16位并行ADC架构，支持双片并联，采样速率约50kHz，足以无失真采集50/60Hz工频信号。资源包共264个文件、约9.11MB，以C源文件、H头文件、编译中间文件（o、crf、d）及Keil工程配置为主，目录结构清晰，适合直接编译学习或二次开发。已有1590人学习/下载。代码覆盖DMA传输、中断采样、并行时序优化等关键设计，并体现驱动层与应用层分离的思路，可帮助读者掌握双AD7689同步采集的软件架构，为降低CPU占用率提供可落地的优化参考。 手里在做一台16路模拟量采集板，信号从工业传感器出来，经过二级运放后送给ADC，精度要求16位，带宽从直流到几十kHz，还要求16路能够同时触发采样。第一版方案选的是ADI的AD7689，8通道、16位、250kSPS、SPI接口，一片不够就上两片，用两片AD7689配STM32F429来做。真正动手后发现，两片AD7689的连接方式、时序配置、数据拼帧，网上资料很散，很多例程连菊花链需要多少个SCK都写错。这篇把整个调通过程、关键选择和踩过的坑完整记录一下，给做多通道高速采集的同行省点时间。

1. 为什么是两片AD7689：选型逻辑与整体方案

1.1 16路采集需求怎么落到两片ADC上

需求其实很明确：16路模拟量，每路都要16位精度，通道之间要能同时启动转换，避免相位差。如果只用一颗多通道ADC，32通道的SAR ADC选择非常少，价格也高；用两颗8通道ADC是最常规的思路。

AD7689单颗250kSPS，两片理论上有500kSPS的总吞吐，每片内部有8通道MUX，分时轮询时每通道平均约31kSPS，对几十kHz带宽以内的信号完全够用。更重要的是，它的SPI接口支持菊花链（daisy-chain）模式，两片可以级联成16通道，用一组SPI就够，还能保证两片同时CNV触发。

如果项目里每通道采样率要求特别高，比如单通道150kSPS以上，那两片AD7689这种8通道分时结构就吃力了，应该考虑每通道独立ADC。但对于绝大多数传感器采集、多路巡检场景，两片AD7689的性价比和电路复杂度是最平衡的。

1.2 AD7689关键参数与选型理由

AD7689的关键参数我列在下面：

板上已有5V模拟电源，AVDD用5V，VIO接3.3V，逻辑电平直接和STM32匹配，不需要额外电平转换。SAR ADC采样率250kSPS不算高，但16位精度加上内置MUX，在同类芯片里接口简单、外围省事，这是选它的核心原因。

1.3 为什么是菊花链而不是两路独立SPI

两片独立SPI看起来也不复杂，F429的SPI不止一个，SCK、MOSI、MISO各接一组，再配两套CS就行。但实际操作下来有两个问题。

第一，两片ADC需要两套片选和使能逻辑，占用的GPIO多，如果是多层板还好，两层板布线会挤。第二，也是更要命的，两片独立SPI很难保证同时CNV触发。除非给两个片分别接定时器PWM输出，还要校准两个PWM通道的相位差，不然两片的采样时刻对不齐，对要求同步采集的场景是硬伤。

菊花链模式下，两片的SCK、MOSI并联，CNV和CS也并联，U1的SDO接U2的SDI，U2的SDO再接回STM32的MISO。一个CNV脉冲同时启动两片采样，天然同步，一组SPI接口搞定16通道。这个方案我从一开始就定了，后面调试也证明是正确选择。

2. 两片AD7689的硬件连接：从引脚分配到参考电压

2.1 菊花链引脚连接与数据流向

连接方式不复杂，我直接说清楚：

• SPI1_SCK（PA5）同时接到U1和U2的SCK；
• SPI1_MOSI（PA7）接到U1的SDI；
• U1的SDO接到U2的SDI；
• U2的SDO接到SPI1_MISO（PA6）；
• U1的CNV和U2的CNV并联，接到一个GPIO；
• U1的CS和U2的CS并联，接到另一个GPIO。

这里有个容易懵的地方：数据流方向。MCU发时钟时，U1的转换结果先从U1.SDO移出，进入U2.SDI，再跟着U2自己的结果一起从U2.SDO回到MCU。所以MCU先收到的是U2的数据，其次才是U1的数据。命名的时候我把靠近MISO的那片叫U2，靠近MOSI的那片叫U1，后面所有解析代码都按这个顺序写。

真正动手时，CS和CNV不要合并成一个引脚。虽然AD7689在CS模式下可以CS和CNV共用一个信号，但菊花链模式要求CS在整个转换和移位期间保持低电平，分开控制时序才干净。我用PA4做CS，PB0做CNV，两个GPIO都是普通推挽输出。

2.2 参考电压与基准源选型

AD7689内部自带2.5V基准，省事，但内部基准的温漂和初始精度一般，做16位数据采集我建议外部基准。我用了ADR4525，低噪声2.5V输出，温漂很小。

REF引脚接外部基准后，每个芯片的REF引脚放一个10uF+100nF去耦电容。REFCAP引脚的电容也别忘了，我用的是4.7uF，位置尽量靠近芯片。基准输出到ADC的走线不要拉长线，最好有完整地平面包围，否则基准噪声会直接叠加到转换结果上。

顺便说一句，如果对精度要求不高，内部基准也能用，先把功能跑通完全没问题。但计量级采集，外部基准的钱不能省。

2.3 前端调理与电源去耦的工程细节

AD7689的输入是开关电容结构，等效输入阻抗不高，如果直接接高阻信号源，采样建立时间不够，会看到码值随信号源内阻变化。我在每路输入前加了一级运放缓冲，用ADA4612，轨到轨输出，后面串100Ω电阻再接1nF对地电容，低通截止频率约1.6MHz，对几十kHz信号没有影响，还能抑制高频噪声。

电源上，AVDD、DVDD、VIO各放一个10uF陶瓷电容加100nF高频电容。AGND和DGND在PCB底层单点相连，ADC芯片正下方不要走数字信号线。第一版板子我图省事，数字地模拟地整片铺铜直接连通，结果噪声大了一圈，改成单点连接后明显好转。这类细节对16位系统影响很大。

3. F429端SPI初始化：两个位决定成败

3.1 AD7689时序要求与SCK极性分析

STM32F429系统时钟180MHz，APB2为90MHz，SPI1挂在APB2上，最高45MHz。AD7689的SCK最高支持50MHz，所以直接配置SPI1的波特率预分频为2，SCK跑45MHz。

最关键的是CPOL和CPHA。AD7689的SDO在SCK下降沿更新数据，在上升沿数据稳定，所以主机应该在上升沿采样，对应配置就是CPOL=0、CPHA=0，也就是SCK空闲为低、第一个边沿采样。

很多例程从别的ADC抄配置，用了CPHA=1，结果主机在SCK下降沿采样，正好采到数据在翻转，读回来的码值乱七八糟。这是最典型的翻车点，调试时如果发现数据完全不对，先查这两个位。

时序节奏上，CNV上升沿启动转换，CNV高电平时间至少10ns，实际我给100ns；CNV拉低后必须等转换完成，AD7689典型转换时间是720ns，保险起见延时1us再发SCK。这个芯片没有BUSY引脚，所以只能固定延时，时序上多一点没坏处。

3.2 SPI初始化代码

初始化代码我用HAL库，这样看起来直接：

void AD7689_SPI_Init(void) { GPIO_InitTypeDef gpio; __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE(); /* PA5=SCK, PA6=MISO, PA7=MOSI, 复用AF5 */ gpio.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7; gpio.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; gpio.Pull = GPIO_NOPULL; gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; gpio.Alternate = GPIO_AF5_SPI1; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio); /* PA4 = CS */ gpio.Pin = GPIO_PIN_4; gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; gpio.Pull = GPIO_PULLUP; gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio); HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET); /* PB0 = CNV */ gpio.Pin = GPIO_PIN_0; gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; gpio.Pull = GPIO_NOPULL; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); hspi1.Instance = SPI1; hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT; hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT; hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2; hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; HAL_SPI_Init(&hspi1); }

如果板子上CS和CNV接的引脚不同，改GPIO编号就行，SPI部分不用动。注意MISO引脚我是按照原理图编的，有冲突就换SPI2之类的其它外设。

3.3 为什么用8位帧加DMA而不是16位帧

读两片AD7689菊花链的结果，需要33个SCK，因为两片是16位×2=32位有效数据，外加1个无效位。33不是8的倍数，也不是16的倍数。

F429的SPI如果配16位帧，DMA一传就是16的整数倍SCK，很难凑出33个。配8位帧就好办，DMA传5字节就是40个SCK，覆盖33个，多出的7个SCK不影响数据。

有人会担心多发7个SCK会把数据冲掉，这里解释一下：有效数据在33个SCK期间已经全部从U2.SDO移出，后面再多发的时钟只是把主机发出的0x00推入链路，SDO输出变成0，前面已经收到的33位不会改变。所以用5字节DMA既满足时序要求，代码又简单。

DMA配置要点：

• SPI1_RX用DMA2_Stream0，Channel3，方向外设到内存，字节对齐；
• SPI1_TX用DMA2_Stream3，Channel3，方向内存到外设，字节对齐；
• 用HAL_SPI_TransmitReceive_DMA同时启动收发，txBuf内容全0；
• DMA传输完成中断里拉高CS，置一个标志位。

4. 从CNV脉冲到16通道数据：一次转换的完整数据流

4.1 一次转换的状态序列

完整的采集流程我整理成一个固定序列：

1. CS拉低；
2. CNV拉高，延时100ns，CNV拉低，此时两片同时启动当前通道的采样保持和转换；
3. 延时1us等待转换完成；
4. 启动SPI DMA，发5字节0x00，同时接收5字节；
5. DMA完成中断里CS拉高，置dataReady标志；
6. 主循环解析位流：跳过第1位无效位，连续读两个16位。

这个流程里最容易被忽略的是CS拉低的时机。菊花链模式下，CS要从CNV脉冲开始到SCK结束全程保持低。如果你把CS和CNV接在一起拉高拉低，转换结果锁存时序会乱，数据根本读不对。

顺序上先CS低再CNV脉冲，还是先CNV脉冲再CS低，我实测都能工作，但保持CS低到SCK结束是硬要求。我在结构体里额外记录了一个错误计数，一旦CS时序异常，计数会增加，方便排查。

4.2 数据拼帧代码

解析位流我用逐位方式，逻辑清楚，不依赖字节对齐：

#define AD7689_CHAIN_NUM 2 #define AD7689_TOTAL_BITS (AD7689_CHAIN_NUM * 16 + 1) // 33 #define AD7689_DMA_BYTES ((AD7689_TOTAL_BITS + 7) / 8) // 5 uint8_t ad7689_tx[AD7689_DMA_BYTES] = {0}; uint8_t ad7689_rx[AD7689_DMA_BYTES] = {0}; volatile uint8_t ad7689_data_ready = 0; uint16_t AD7689_ReadFrame(const uint8_t *buf, int *bitPos) { uint16_t val = 0; for (int i = 0; i < 16; i++) { int byteIndex = (*bitPos) >> 3; int bitIndex = 7 - ((*bitPos) & 7); val = (uint16_t)((val << 1) | ((buf[byteIndex] >> bitIndex) & 0x01)); (*bitPos)++; } return val; } void HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi) { if (hspi->Instance == SPI1) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET); // CS拉高 ad7689_data_ready = 1; } } void AD7689_UpdateChannels(void) { if (!ad7689_data_ready) return; ad7689_data_ready = 0; int bitPos = 1; // 跳过第一个无效位 uint16_t u2 = AD7689_ReadFrame(ad7689_rx, &bitPos); // 靠MISO那片 uint16_t u1 = AD7689_ReadFrame(ad7689_rx, &bitPos); // 靠MOSI那片 /* u1对应8个通道，u2对应另外8个通道，按需填充 */ }

启动一次DMA的调用也很直接：

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); // CS低 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET); // CNV高 delay_ns(100); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // CNV低 delay_us(1); HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(&hspi1, ad7689_tx, ad7689_rx, AD7689_DMA_BYTES);

如果你不想用DMA，阻塞式发送5字节也能工作，只要把CS管理好。DMA唯一的好处是CPU不用死等，数据到了中断里置位就行。

4.3 采样周期与DMA中断的配合

DMA传5字节需要40个SCK，45MHz下大约0.89us，加1us转换等待、100ns CNV脉冲，单次周期约2us，对应500kSPS，已经超过单颗AD7689的250kSPS上限。所以实际使用时要在流程末尾加延时，把周期压到4us以上，也就是把采样率控制在235kSPS左右，留一点余量。

我把这个延时常量做成可调，调试时先用4.5us，稳定后再往下压。DMA中断处理里只拉CS和置标志，不要做数据解析，否则中断时间会把采样周期拉长，还会影响其它中断实时性。解析放主循环，一次转换解析一次，时间完全够。

5. 实测数据与异常排查：从全FF到错位

5.1 判定链路是否正常的第一步

板子第一次跑通时，我把U1的IN0接1.000V，U2的IN0接2.000V，其余通道接地，内部参考2.5V。1.000V理论上应读到0x6666左右，2.000V应读到0xCCCC左右。

如果U1和U2的读数交叉，说明解析顺序反了；如果有一个通道恒为0或全FF，先查SDI/SDO链路，再查CS时序。实际调通后两个通道读数误差在±3LSB以内，说明链路正常。如果读数在几百LSB级别差很多，多半是参考电压或前端运放的问题，不一定是数字链路。

5.2 常见异常现象对照

调试过程中我整理了一张问题对照表，遇到现象可以直接对号入座：

第二片数据等于第一片这个坑，我一开始也遇到了，原因就是U1的SDI悬空，U1的SDO正常输出给U2，但U2的数据没有原位串进来，导致回读时两个16位帧内容一样。解决方法是把MOSI和U1.SDI接好，链路就连贯了。

5.3 噪声与校准的个人经验

16位系统里，直流输入的码值跳动在±2~3LSB内属正常。如果跳动超过±10LSB，优先查参考电压噪声和输入RC参数，其次查数字地模拟地。

AD7689内置参考能满足一般测试，但做计量级采集我强烈建议外部基准，实测噪声能低一半。另外，每片ADC的8个通道之间会有小的offset差异，可以在生产测试时对每个通道做两点校准，把offset和增益系数存到外部Flash里。这个校准业务放到MCU端做就行，用软件减法、乘法，不必依赖ADC本身。

6. W25Q256下载算法：调试环节绕不开的外部Flash

6.1 为什么要把程序放到外部SPI Flash

这个项目Bootloader放在内部Flash，APP打算放外部W25Q256，所以SPI下载算法绕不开。STM32F429虽然有2MB内部Flash，但Bootloader、固件升级缓存、参数存储都挤在一起会很紧张，外部SPI Flash空间大、擦写灵活，是常见做法。

我在Keil里折腾下载算法时发现，默认的STM32F429下载算法只识别内部Flash，网上能找到的M25P64算法容量也不匹配W25Q256。最后自己改了一版FLM算法，把程序直接烧到W25Q256里，上电后由Bootloader搬运执行。

6.2 FLM算法适配的几个关键点

• FlashDev.c里把Device Size改成0x2000000（32MB），Page Size设256字节，Erase Sector Size设4KB；
• Init函数末尾发一条0xB7命令，让W25Q256进入4字节地址模式，否则超过16MB的地址会被截断；
• ProgramPage和EraseSector命令分别用0x02和0x20，擦除整片用0xC7；
• 等待WIP（写忙位）用0x05读状态寄存器，bit0为1表示忙；
• 编译生成FLM文件后，在MDK的Flash Download列表里添加，算法下载地址要和外部Flash起始地址一致。

比较坑的是，下载完程序复位后，W25Q256如果回到3字节地址模式，Bootloader自己取代码时也要在SPI Flash初始化里再发一次0xB7，否则从高地址启动直接就跑飞了。这个现象很隐蔽，代码看起来没问题，一跑就进HardFault，后来在Flash驱动初始化里补了一条命令就好了。

6.3 与AD7689共用SPI总线的注意事项

W25Q256和AD7689挂同一条SPI1总线，靠片选区分。最需要注意的是两个外设的CS默认都要拉高，尤其W25Q256的CS不能悬空，我加了10k上拉电阻。

原因是下载算法跑完后，MCU复位，GPIO状态在复位瞬间是不确定的。如果Flash的CS被拉到低电平，Flash会把SPI总线上给AD7689的时钟当成自己的命令，轻则AD7689读数全乱，重则Flash被误写。这个电阻不能省。

另外，两个外设共用的SCK如果走线距离远，建议在SCK上串33Ω电阻，减少过冲，实测对AD7689的转换精度有正面帮助。如果AD7689和Flash的频率要求差得多，也可以考虑分频后降低SPI速度，但AD7689的45MHz已经跑得很稳，Flash读写速度也够，共用一路SPI问题不大。

我自己的习惯是先把W25Q256的驱动和下载算法全部调通，再上AD7689，两边单独都稳定后再合到一起，这样排查问题时有明确边界。这次级联两片AD7689，真正花时间的不是SPI初始化，而是那一个无效位、一个CPHA、一个CS时序。把这三点记牢，其它都是水到渠成的事。

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