AD轉(zhuǎn)換實驗預習報告

A/D接口模塊實驗實驗?zāi)康?、熟悉ARM本身自帶的八路十位A/D控制器及相應(yīng)寄存器；2、編程實現(xiàn)ARM系統(tǒng)的A/D功能；3、掌握帶有A/D的CPU編程實現(xiàn)A/D功能的主要方法。二、實驗設(shè)備A/D轉(zhuǎn)換模塊、仿真器、PC機實驗內(nèi)容學習A/D接口原理，了解實現(xiàn)A/D系統(tǒng)對于系統(tǒng)的軟件和硬件要求。閱讀ARM芯片文檔，掌握ARM的A/D相關(guān)寄存器的功能，熟悉ARM系統(tǒng)硬件的A/D相關(guān)接口。利用外部模擬信號編程實現(xiàn)ARM循環(huán)采集全部前3路通道，并且在超級終端上顯示。實驗原理1．A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器是模擬信號源和CPU之間聯(lián)系的接口，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便計算機和數(shù)字系統(tǒng)進行處理、存儲、控制和顯示。在工業(yè)控制和數(shù)據(jù)采集及許多其他領(lǐng)域中，A/D轉(zhuǎn)換是不可缺少的。A/D轉(zhuǎn)換器有以下類型：逐位比較型、積分型、計數(shù)型、并行比較型、電壓－頻率型，主要應(yīng)根據(jù)使用場合的具體要求，按照轉(zhuǎn)換速度、精度、價格、功能以及接口條件等因素來決定選擇何種類型。常用的有以下兩種：1）雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器雙積分式也稱二重積分式，其實質(zhì)是測量和比較兩個積分的時間，一個是對模擬輸入電壓積分的時間T0，此時間往往是固定的；另一個是以充電后的電壓為初值，對參考電源Vref反向積分，積分電容被放電至零所需的時間T1。模擬輸入電壓Vi與參考電壓VRef之比，等于上述兩個時間之比。由于VRef、T0固定，而放電時間T1可以測出，因而可計算出模擬輸入電壓的大小(VRef與Vi符號相反)。2）逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近型(也稱逐位比較式)的A/D轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用比積分型更為廣泛，其原理框圖如圖3-10所示，主要由逐次逼近寄存器SAR、D/A轉(zhuǎn)換器、比較器以及時序和控制邏輯等部分組成。它的實質(zhì)是逐次把設(shè)定的SAR寄存器中的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后得到電壓Vc與待轉(zhuǎn)換模擬電壓V。進行比較。比較時，先從SAR的最高位開始，逐次確定各位的數(shù)碼應(yīng)是“1”還是“0”，其工作過程如下：轉(zhuǎn)換前，先將SAR寄存器各位清零。轉(zhuǎn)換開始時，控制邏輯電路先設(shè)定SAR寄存器的最高位為“1”，其余位為“0”，此試探值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成電壓Vc，然后將Vc與模擬輸入電壓Vx比較。如果Vx≥Vc，說明SAR最高位的“1”應(yīng)予保留；如果Vx<Vc，說明SAR該位應(yīng)予清零。然后再對SAR寄存器的次高位置“1”，依上述方法進行D/A轉(zhuǎn)換和比較。如此重復上述過程，直至確定SAR寄存器的最低位為止。過程結(jié)束后，狀態(tài)線改變狀態(tài)，表明已完成一次轉(zhuǎn)換。最后，逐次逼近寄存器SAR中的內(nèi)容就是與輸入模擬量V相對應(yīng)的二進制數(shù)字量。顯然A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)N決定于SAR的位數(shù)和D/A的位數(shù)。圖3-10(b)表示四位A/D轉(zhuǎn)換器的逐次逼近過程。轉(zhuǎn)換結(jié)果能否準確逼近模擬信號，主要取決于SAR和D/A的位數(shù)。位數(shù)越多，越能準確逼近模擬量，但轉(zhuǎn)換所需的時間也越長。2．A/D轉(zhuǎn)換的重要指標1）分辨率(Resolution)：分辨率反映A/D轉(zhuǎn)換器對輸入微小變化響應(yīng)的能力，通常用數(shù)字輸出最低位(LSB)所對應(yīng)的模擬輸入的電平值表示。2）精度(Accuracy)：精度有絕對精度(AbsoluteAccuracy)和相對精度(RelativeAccuracy)兩種表示方法。3）轉(zhuǎn)換時間(ConversionTime)：轉(zhuǎn)換時間是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間，即由發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換命令信號到轉(zhuǎn)換結(jié)束信。4）電源靈敏度(powersupplysensitivity)：電源靈敏度是指A/D轉(zhuǎn)換芯片的供電電源的電壓發(fā)生變化時，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換誤差。5）量程量程是指所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍，分單極性、雙極性兩種類型。6）輸出邏輯電平7）工作溫度范圍3．ARM自帶的十位A/D轉(zhuǎn)換器ARMS3C2410X芯片自帶一個８路10位A/D轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換率為500K，非線性度為正負１.5位，其轉(zhuǎn)換時間可以通過下式計算：如果A/D使用的時鐘為50MHz，預定標器的值為49，那么：A/D轉(zhuǎn)換頻率=50MHz(49+1)=1MHz轉(zhuǎn)換時間=1/（1MHz/5時鐘周期）=1/200kHz=5us注意：因為A/D轉(zhuǎn)換器的最高時鐘頻率是2.5MHz,所以轉(zhuǎn)換速率可達500kSPS.4．AD轉(zhuǎn)換器在開發(fā)平臺的