1、精選優質文檔-傾情為你奉上貴州大學實驗報告學院： 專業： 班級：姓名學號實驗組實驗時間05.03指導教師余佩嘉成績實驗項目名稱ARM的A/D接口實驗實驗目的1熟悉ARM本身自帶的八路十位A/D控制器及相應寄存器。 2編程實現ARM系統的A/D功能。 3掌握帶有A/D的CPU編程實現A/D功能的主要方法。實驗原理1A/D轉換器 A/D轉換器是模擬信號源和CPU之間聯系的接口，它的任務是將連續變化的模擬信號轉換為數字信號，以便計算機和數字系統進行處理、存儲、控制和顯示。在工業控制和數據采集及許多其他領域中，A/D轉換是不可缺少的。 A/D轉換器有以下類型：逐位比較型、積分型、計數型、并行比較型、電

2、壓頻率型，主要應根據使用場合的具體要求，按照轉換速度、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轉換器 雙積分式也稱二重積分式，其實質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)。 由于T0、VRef為已知的固定常數，因此反向積分時間T1與輸入模擬

3、電壓Vi在T0時間內的平均值成正比。輸入電壓Vi愈高，VA愈大，T1就愈長。在T1開始時刻，控制邏輯同時打開計數器的控制門開始計數，直到積分器恢復到零電平時，計數停止。則計數器所計出的數字即正比于輸入電壓Vi在T0時間內的平均值，于是完成了一次A/D轉換。 由于雙積分型A/D轉換是測量輸入電壓Vi在T。時間內的平均值，所以對常態干擾(串模干擾)有很強的抑制作用，尤其對正負波形對稱的干擾信號，抑制效果更好。 雙積分型的A/D轉換器電路簡單，抗干擾能力強，精度高，這是突出的優點。但轉換速度比較慢，常用的A/D轉換芯片的轉換時間為毫秒級。例如12位的積分型A/D芯片ADCETl2BC，其轉換時間為l

4、ms。因此適用于模擬信號變化緩慢，采樣速率要求較低，而對精度要求較高，或現場干擾較嚴重的場合。例如在數字電壓表中常被采用。 2）逐次逼近型的A/D轉換器 逐次逼近型(也稱逐位比較式)的A/D轉換器，應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轉換器、比較器以及時序和控制邏輯等部分組成。它的實質是逐次把設定的SAR寄存器中的數字量經D/A轉換后得到電壓Vc與待轉換模擬電壓V。進行比較。比較時，先從SAR的最高位開始，逐次確定各位的數碼應是“1”還是“0”，其工作過程如下： 轉換前，先將SAR寄存器各位清零。轉換開始時，控制邏輯電路先設定SAR寄存器的最高位

5、為“1”，其余位為“0”，此試探值經D/A轉換成電壓Vc，然后將Vc與模擬輸入電壓Vx比較。如果VxVc，說明SAR最高位的“1”應予保留；如果Vx<Vc，說明SAR該位應予清零。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。過程結束后，狀態線改變狀態，表明已完成一次轉換。最后，逐次逼近寄存器SAR中的內容就是與輸入模擬量V相對應的二進制數字量。顯然A/D轉換器的位數N決定于SAR的位數和D/A的位數。圖3-10(b)表示四位A/D轉換器的逐次逼近過程。轉換結果能否準確逼近模擬信號，主要取決于SAR和D/A的位數

6、。位數越多，越能準確逼近模擬量，但轉換所需的時間也越長。 逐次逼近式的A/D轉換器的主要特點是： 轉換速度較快，在1100/s以內，分辨率可以達18位，特別適用于工業控制系統。轉換時間固定，不隨輸入信號的變化而變化。抗干擾能力相對積分型的差。例如，對模擬輸入信號采樣過程中，若在采樣時刻有一個干擾脈沖迭加在模擬信號上，則采樣時，包括干擾信號在內，都被采樣和轉換為數字量，這就會造成較大的誤差，所以有必要采取適當的濾波措施。 2A/D轉換的重要指標 1）分辨率(Resolution)： 分辨率反映A/D轉換器對輸入微小變化響應的能力，通常用數字輸出最低位(LSB)所對應的模擬輸入的電平值表示。n位A

7、/D能反應1/2n滿量程的模擬輸入電平。由于分辨率直接與轉換器的位數有關，所以一般也可簡單地用數字量的位數來表示分辨率，即n位二進制數，最低位所具有的權值，就是它的分辨率。 值得注意的是，分辨率與精度是兩個不同的概念，不要把兩者相混淆。即使分辨率很高，也可能由于溫度漂移、線性度等原因，而使其精度不夠高。 2）精度(Accuracy) 精度有絕對精度(Absolute Accuracy)和相對精度(Relative Accuracy)兩種表示方法。 絕對誤差 在一個轉換器中，對應于一個數字量的實際模擬輸入電壓和理想的模擬輸入電壓之差并非是一個常數。我們把它們之間的差的最大值，定義為“絕對誤差”。

8、通常以數字量的最小有效位(LSB)的分數值來表示絕對誤差，例如：±1LSB等。絕對誤差包括量化誤差和其它所有誤差。 相對誤差 是指整個轉換范圍內，任一數字量所對應的模擬輸入量的實際值與理論值之差，用模擬電壓滿量程的百分比表示。 例如，滿量程為10V，10位A/D芯片，若其絕對精度為±1/2LSB，則其最小有效位的量化單位：9.77mV，其絕對精度為4.88mV，其相對精度為0.048%。 3）轉換時間(Conversion Time) 轉換時間是指完成一次A/D轉換所需的時間，即由發出啟動轉換命令信號到轉換結束信號開始有效的時間間隔。 轉換時間的倒數稱為轉換速率。例如AD5

9、70的轉換時間為25us，其轉換速率為40KHz。 4）電源靈敏度(power supply sensitivity) 電源靈敏度是指A/D轉換芯片的供電電源的電壓發生變化時，產生的轉換誤差。一般用電源電壓變化1時相當的模擬量變化的百分數來表示。 5）量程 量程是指所能轉換的模擬輸入電壓范圍，分單極性、雙極性兩種類型。 例如，單極性 量程為0+5V，0+10V，0+20V； 雙極性 量程為-5+5V，-10+10V。 6）輸出邏輯電平 多數A/D轉換器的輸出邏輯電平與TTL電平兼容。在考慮數字量輸出與微處理的數據總線接口時，應注意是否要三態邏輯輸出，是否要對數據進行鎖存等。 7）工作溫度范圍

10、由于溫度會對比較器、運算放大器、電阻網絡等產生影響，故只在一定的溫度范圍內才能保證額定精度指標。一般A/D轉換器的工作溫度范圍為（0700C），軍用品的工作溫度范圍為（-55+1250C）。 3ARM自帶的十位A/D轉換器 ARMS3C2410X芯片自帶一個路10位A/D轉換器，最大轉換率為500K，非線性度為正負.5位，其轉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轉換頻率=50MHz(49+1)=1MHz 轉換時間=1/（1MHz/5時鐘周期）=1/200kHz=5us 注意：因為A/D轉換器的最高時鐘頻率是2.5MHz,所以轉換速率可達5

11、00kSPS編程注意事項： 1 A/D轉換的數據可以通過中斷或查詢的方式來訪問，如果是用中斷方式，全部的轉換時間（從A/D轉換的開始到數據讀出）要更長，因為中斷服務程序返回和數據的訪問的原因。如果是查詢方式則要檢測ADCCON15（轉換結束標志位）來確定從ADCDAT寄存器讀取的數據是否是最新的轉換數據。 2 A/D轉換開始的另一種方式是將ADCCON1置為1，這時只有有讀轉換數據的信號A/D轉換就會同步開始。 與AD相關的寄存器主要是如下兩個： ADCCON：A/D轉換控制寄存器。其地址和意義參見下表：ADCCON寄存器的第15位是轉換結束標志位，為1時表示轉換結束。第14位表示A/D轉換預

12、定標器使能位，1表示該預定標器開啟。第13-6位表示預定標器的數值，需要注意的是如果這里的值是N，則除數因式是（N1）。第5-3位表示模擬輸入通道選擇位。第2位表示待用模式選擇位。第1位是讀使能 A/D轉換開始位，第0位值1則A/D轉換開始（如果第1位置1，則這位是無效的）。4AD轉換器在開發平臺的接法如下： 即前三路通過分壓電位器接到3.3v電源上。實驗儀器硬件：ARM嵌入式開發平臺、PC機Pentium100以上、用于ARM920T的JTAG仿真器、模擬電壓信號源。 軟件：PC機操作系統Win2000或WinXP、ARM ADS1.2集成開發環境、仿真器驅動程序、超級終端通訊程序。實驗步驟1新建工程，將“Exp2 ARM A/D接口實驗”種的文件添加到工程。 2編寫獲取轉換結果函數（main.c）3主函數(main.c)實驗內容學習A/D接口原理，了解實現A/D系統對于系統的軟件和硬件要求。閱讀ARM芯片文檔，掌握ARM的A/D相關寄存器的功能，熟悉ARM系統硬件的A/D相關接口。利用外部模擬信號編程實現ARM