Up-tech-2410-s实验系统教案 A/D实验 北京博创兴业公司

实验大纲 实验目的 实验内容 预备知识 实验设备 基础知识 实验思考

实验目的 熟悉ARM本身自带的八路十位A/D控制器及相应寄存器。 编程实现ARM系统的A/D功能。 掌握带有A/D的CPU编程实现A/D功能的主要方法。

实验内容 学习A/D接口原理，了解实现A/D系统对于系统的软件和硬件要求。阅读ARM芯片文档，掌握ARM的A/D相关寄存器的功能，熟悉ARM系统硬件的A/D相关接口。利用外部模拟信号编程实现ARM循环采集全部前3路通道，并且在超级终端上显示。

预备知识 了解A/D采样的原理； 了解采样频率的设置；

实验设备 硬件：ARM嵌入式开发平台、PC机Pentium100以上、用于ARM920T的JTAG仿真器、模拟电压信号源。 软件：PC机操作系统Win2000或WinXP、ARM ADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。

基础知识--模/数转换 我们经常遇到的物理参数，如电流、电压、温度、压力、速度……电量或非电量都是模拟量。 模拟量的大小是连续分布的，且经常也是时间上的连续函数。 要将模拟量转换成数字信号需经采样--->量化--->编码三个基本过程（数字化过程）

基础知识--采样 按采样定理对模拟信号进行等时间间隔采样，将得到的一系列时域上的样值去代替u=f(t)，即用u0、u1、…un代替u=f(t)。 这些样值在时间上是离散的值，但在幅度上仍然是连续模拟量。

基础知识--量化 在幅值上再用离散值来表示。方法是用一个量化因子Q去度量；u0、u1、…，便得到整量化的数字量。 u0=2.4Q 2Q 010 u1=4.0Q 4Q 100 u2=5.2Q 5Q 101 u3=5.8Q 5Q 101

基础知识--编码 将整量化后的数字量进行编码，以便读入和识别； 编码仅是对数字量的一种处理方法。 例如：Q=0.5V/格，设用三位（二进编码）

基础知识--分类 按被转换的模拟量类型可分为： 时间/数字 电压/数字 机械变量/数字

基础知识--分类 电压/数字转换器： 按转换方式可分为：直接转换、间接转换。 按输出方分可分为：并行、串行、串并行。 按转换原理可分为：计数式、比较式。 按转换速度可分为：低速、中速、高速。 按转换精度和分辨率可分为：3位、4位、8位、10位、12位、14位、16位等。

A/D转换的重要指标 分辨率(Resolution)： 分辨率反映A/D转换器对输入微小变化响应的能力，通常用数字输出最低位(LSB)所对应的模拟输入的电平值表示。n位A/D能反应1/2n满量程的模拟输入电平。由于分辨率直接与转换器的位数有关，所以一般也可简单地用数字量的位数来表示分辨率，即n位二进制数，最低位所具有的权值，就是它的分辨率。 值得注意的是，分辨率与精度是两个不同的概念，不要把两者相混淆。即使分辨率很高，也可能由于温度漂移、线性度等原因，而使其精度不够高。

A/D转换的重要指标 精度(Accuracy) 精度有绝对精度(Absolute Accuracy)和相对精度(Relative Accuracy)两种表示方法。 绝对误差 在一个转换器中，对应于一个数字量的实际模拟输入电压和理想的模拟输入电压之差并非是一个常数。我们把它们之间的差的最大值，定义为“绝对误差”。通常以数字量的最小有效位(LSB)的分数值来表示绝对误差，例如：1LSB等。绝对误差包括量化误差和其它所有误差。

A/D转换的重要指标 相对误差 是指整个转换范围内，任一数字量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之差，用模拟电压满量程的百分比表示。 例如，满量程为10V，10位A/D芯片，若其绝对精度为1/2LSB，则其最小有效位的量化单位：9.77mV，其绝对精度为＝4.88mV，其相对精度为0.048%。

A/D转换的重要指标 转换时间(Conversion Time) 转换时间的倒数称为转换速率。例如AD570的转换时间为25us，其转换速率为40KHz。 电源灵敏度(power supply sensitivity) 电源灵敏度是指A/D转换芯片的供电电源的电压发生变化时，产生的转换误差。一般用电源电压变化1％时相当的模拟量变化的百分数来表示。

A/D转换的重要指标 量程 量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。 例如，单极性 量程为0～+5V，0～+10V，0～+20V；双极性 量程为-5～+5V，-10～+10V。 输出逻辑电平 多数A/D转换器的输出逻辑电平与TTL电平兼容。在考虑数字量输出与微处理的数据总线接口时，应注意是否要三态逻辑输出，是否要对数据进行锁存等。

A/D转换的重要指标 工作温度范围 由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络等产生影响，故只在一定的温度范围内才能保证额定精度指标。一般A/D转换器的工作温度范围为（0~700C），军用品的工作温度范围为（-55~+1250C）。

基础知识--S3C2410 AD转换器 ARMS3C2410X芯片自带一个８路10位A/D转换器，最大转换率为500K，非线性度为正负１.5位，其转换时间可以通过下式计算：如果A/D使用的时钟为50MHz，预定标器的值为49，那么： A/D转换频率=50MHz(49+1)=1MHz 转换时间=1/（1MHz/5时钟周期）=1/200kHz=5us 注意：因为A/D转换器的最高时钟频率是2.5MHz,所以转换速率可达500kSPS.

A/D转换和触摸屏接口功能框图

编程注意事项 A/D转换的数据可以通过中断或查询的方式来访问，如果是用中断方式，全部的转换时间（从A/D转换的开始到数据读出）要更长，因为中断服务程序返回和数据的访问的原因。如果是查询方式则要检测ADCCON[15]（转换结束标志位）来确定从ADCDAT寄存器读取的数据是否是最新的转换数据。 A/D转换开始的另一种方式是将ADCCON[1]置为1，这时只有有读转换数据的信号A/D转换就会同步开始。 与AD相关的寄存器主要是如下两个：

A/D控制寄存器

A/D转换数据寄存器

实验说明 设置A/D采样的时钟频率 A/D采样频率取决于ADCCON寄存器的PRSCVL的值。PRSCVL的值可以采用下面公式计算： PRSCVL = PCLK/freq -1;

启动采样 将ADCCON寄存器的BIT0置1可以启动转换，当启动转换后，该位会被自动清除。同时启动转换时还需要指定转换通道。 rADCCON|=0x1; //start ADC

获取转换结果 当A/D转换结束后，我们可以读取ADCDAT寄存器的内容。 下面代码等待A/D转换，完毕后读取数据。 while(rADCCON & 0x1); //检查Enable start位是否为低 while(!(rADCCON & 0x8000)); //检查ECFLG位是否为高

实验思考 逐次逼近型的A/D转换器原理是什么？ A/D转换的重要指标包括哪些？ ARM的A/D功能的相关寄存器有哪几个，对应的地址是什么？ 如何启动ARM开始转换A/D，有几种方式？转换开始时ARM是如何知道转换哪路通道的？如何判断转换结束？

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