第十一章AD转换

第十一章AD转换211.1A/D转换器原理模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号。uu模拟信号波形数字信号波形ttA/D转换器的基本原理1、模拟信号和数字信号A/D变换模数转换则是将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。实现这种转换功能的电路称为模数转换器（ADC）。2、模数转换概述典型数字控制系统框图A/D转换器的基本原理

模拟电子开关S在采样脉冲CLKS的控制下重复接通、断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。3、A/D转换器的基本原理显然，模数转换一般要分采样、保持、量化和编码四个步骤进行。A/D转换器的基本原理s(t)t

采样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程，就是把随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、在幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串脉冲。1)采样、保持utts(t)ttstws(t)t采样电路示意图采样信号采样

脉冲输入模拟信号采样保持信号

采样脉冲的频率fs(1/Ts)越高，采样越密，采样值就越多，其取样信号vs的包络线就越接近于输入模拟信号的波形。

采样定理：为了能不失真地恢复原模拟信号，采样频率应不小于输人模拟信号频谱中最高频率的两倍，即fs≥2fimax。A/D转换器的基本原理2）采样-保持电路

由于A/D转换需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样电压值在一段时间内不变，直到下一次采样开始。这就要在采样后加上保持电路，实际采样-保持是做成一个电路。

量化、编码电路也要由取样脉冲S(t)控制，使它分别在

t1-t5时刻开始对Vo转换，也就是在保持时间内(Ts-tw)内完成量化和编码。A/D转换器的基本原理

经过采样和保持而抽取的电压值仍然属模拟量的范畴，由于任何一个数字量的大小只能是某个最小数量单位(1LSB)的整数倍，因此用数字量表示取样电压值时，先要把其采样电压化为最小单位的整数倍。3）量化和编码量化：

所取得的最小单位，用△表示，△＝1LSB。量化单位

把量化后的电压值再转化成对应的代码，如二进制、十进制码等的过程。编码：量化编码A/D转换器的基本原理(a)采用直接舍去小数点的方法，最大的量化误差是△。量化误差：实际输入电压值与量化值之间的偏差(a)(b)(b)采用直接四舍五入的方法，最大的量化误差是△/2。A/D转换器的基本原理电路组成二、逐次逼近型模数转换器

DAC：数模转换器，作用是按照不同的输入数码产生一组相应的比较电压UR:

电压比较器：将输入的电压信号UI与UR进行比较，当UI≥UR时，输出C0＝1(C0’=0)；当UI<UR时，输出C0＝0(C0’=1)；C0和C0’

分别连接各个边沿JK触发器的J、K端。4位脉冲发生器：用它来产生4各的负向节拍脉冲CLK0-CLK3’；用这4个节拍脉冲来控制其他电路完成逐次比较。该发生器通常由4位环形计数器构成。JK触发器：作用是在4个的负向节拍脉冲CP0-CP3’=0的推动下，记忆每次比较的结果，并向DAC提供输入数码。3D存储器：作用是在节拍脉冲的触发下，记忆最后的比较结果，并行输出二进制代码。d2d0d1A/D转换器的基本原理工作原理DAC输出的比较电压d2d0d1A/D转换器的基本原理逐次逼近型ADCA/D转换器的基本原理

相对精度是指A/D转换器实际输出数字量与理论输出数字量之间的最大差值。通常用最低有效位LSB的倍数来表示。如相对精度不大于(1/2)LSB，就说明实际输出数字量与理论输出数字量的最大误差不超过(1/2)LSB。三、A/D转换器的主要技术指标1、分辨率A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－8＝20mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－12。2、相对精度A/D转换器的基本原理

转换速度是指A/D转换器完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。3、转换速度A/D转换器的基本原理A/D转换器的主要类型（1）双积分型A/D转换器

特点：电路简单、抗干扰能力强、精度高、速度慢。（2）逐次逼近型A/D转换器特点：转换速度快、分辨率高、抗干扰能力差。A/D转换器的基本原理2.0~5V输入信号用8位AD采集，其1LSB代表多少电压值？转换后表示的数据范围是0x00~

。1.模数转换有哪几个步骤?输入信号用10位AD采集，其1LSB为多少电压值？转换后表示的数据范围是多少?练习A/D转换器的基本原理17

11.2S3C2410XA/D转换器具有8通道模拟输入的10位CMOS模数转换器ADC在2.5MHz的A/D转换器时钟下，最大转化速率可达到500KSPS（每秒采样500千次）。11.2.1A/D转换器概述S3C2410XADC控制器接口框图19

采用近似比较算法（计数式）的8路10位A/D，集成零比较器，内部产生比较时钟信号；支持软件使能休眠模式，以减少电源损耗。其主要特性如下： （1）精度（Resolution）：10-bit。 （2）微分线性误差（DifferentialLinearityError）：。 （3）积分线性误差（IntegralLinearityError）：。 （4）最大转换速率（MaximumConversionRate）：500KSPS。 （5）输入电压（InputVoltageRange）：。 （6）片上采样保持电路。 （7）正常模式。 （8）单独X，Y坐标转换模式。 （9）自动X，Y坐标顺序转换模式。（10）等待中断模式。11.2.1A/D转换器概述20

11.2.2A/D控制器寄存器（1）寄存器组：A/D控制寄存器ADCCON、A/D转换数据寄存器ADCDAT（2）A/D转换的转换时间计算。 例，PCLK为50MHz，PRESCALER

=

49；所有10位转换时间为

50MHz

/

(49

+

1)

=

1MHz

转换时间为1/(1M/5cycles)

=

5us注意：完成一次A/D转换需要5个时钟周期。A/D转换器的最大工作时钟为，所以最大的采样率可以达到500kbit/s。S3C2410的3个ADC电位器对应AIN0-2，触摸屏电路使用AIN5和AIN7。另外AIN3、4、6用4芯排针座引出，供用户接入其他模拟信号之用。ADC电路的参考电压VREF固定为3.3V电压，输入电压范围是0到。S3C2410AA/D寄存器RegisterAddressR/WDescriptionRstValueADCCON0x58000000R/WADC控制寄存器0x3FC4ADCTSC0x58000004R/W触摸屏控制寄存器0x058ADCDLY0x58000008R/WADC起始延迟寄存器0x00FFADCDAT00x5800000CRADC转换数据0寄存器-ADCDAT10x58000010RADC转换数据1寄存器-A/D转换控制寄存器负责对S3C2410内部的A/D转换器进行参数设置以完成需要的功能。A/D转换控制寄存器地址为0x58000000，复位值默认0x3FC4。寄存器地址读/写描述复位值ADCCON0x58000000读/写ADC控制寄存器0x3FC4A/D转换控制寄存器S3C2410AA/D寄存器ECFLG---转换结束标志(只读)0：转换操作中1：转换结束PRSCEN---转换器预分频器使能0：停止预分频器；1：使能预分频器PRSCVL---转换器预分频器数值N范围：1~255SEL_MUX---模拟输入通道选择000~111：AIN0~AIN7STDBM---备用模式设置

0：正常工作模式；1：备用模式，不做A/D转换READ_START---通过读取启动转换

0：停止通过读取启动转换；1：使能通过读取启动转换ENABLE_START---启动转换(若READ_START为1，则该位无效) 0：无效； 1：启动A/D转换(启动后被清0)151413…65…3210ECFLGPRSCENPRSCVLSEL_MUXSTDBMREAD_STARTENABLE_STARTADCCON---ADC控制寄存器ADC控制寄存器(ADCCON)(R/W)ADCCON符号位描述初始状态ECFLG[15]A/D转换状态标志(只读)。0：A/D转换中；1：A/D转换结束0PRSCEN[14]A/D转换器前置分频器使能控制。0：禁止；1：使能0PRSCVL[13:6]A/D转换器前置分频器数值设置，数值取值范围：1～255。注意：当前置分频器数值为N时，分频数值为N＋1。0xFFSEL_MUX[5:3]模拟输入通道选择。000：AIN0；001：AIN1；010：AIN2；011：AIN3；100：AIN4；101：AIN5；110：AIN6；111：AIN70A/D转换率=PCLK/(PRSCVL+1)S3C2410AA/D寄存器A/D采样的时钟频率由A/D采样预分频PRSCVL决定。假设CPU主时钟频率为50MHz，ADCPSR设置值为49，完成一次A/D转换需要至少5个时钟周期，那么采样频率为：

f=50MHz/(49+1)=1MHz

转换时间=1/(1MHz/5cycles)=5μsA/D采样的频率S3C2410AA/D寄存器A/D控制寄存器的bit[0]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，人们通过设置控制寄存器的bit[5:3]来完成8个通道的选择。例如，下面的代码完成通道2的选择：

rADCCON=0x1|(0x2<<3);2.启动采样S3C2410AA/D寄存器当A/D转换结束后，可以通过读取A/D数据寄存器(ADCDAT)的值获取转换结果。通过检查A/D控制转换器ECFLG位(bit[15])的值，可以确定A/D转换是否完成，当转换完成后就可以从数据寄存器读出转换结果。3．取得A/D转换结果S3C2410AA/D寄存器ADC触摸屏控制寄存器(ADCTSC)(R/W)ADCTSC符号位描述初始状态Reserved[8]保留位0YM_SEN[7]选择YMON的输出值。

0：YMON输出0(YM=高阻)1：YMON输出1(YM=GND)0YP_SEN[6]选择nYPON的输出值。

0：nYPON输出0(YP=外部电压)1：nYPON输出1(YP连接到AIN[5])1XM_SEN[5]选择XMON的输出值。

0：XMON输出0(XM=高阻)1：XMON输出1(XM=GND)0S3C2410AA/D寄存器XP_SEN[4]选择nXPON的输出值。

0：nXPON输出0(XP=外部电压)1：nXPON输出1(XP连接AIN[7])0PULL_UP[3]上拉开关使能。

0：XP上拉使能；1：XP上拉禁止1AUTO_PST[2]X位置和Y位置自动顺序转换。

0：正常ADC转换模式

1：自动顺序X/Y位置转换模式0XY_PST[1:0]X位置或Y位置的手动测量。

00：无操作模式；01：X位置测量

10：Y位置测量；11：等待中断模式0ADC触摸屏控制寄存器(ADCTSC)(R/W)S3C2410AA/D寄存器ADCDLY符号位描述DELAY[15:0](1)在正常转换模式、分开的X/Y位置转换模式和X/Y位置自动(顺序)转换模式的X/Y位置转换延时值。(2)在等待中断模式：当在此模式按下触笔时，这个寄存器在几ms时间间隔内产生用于进行X/Y方向自动转换的中断信号(INT_TC)。注意：不能使用零位值(0x0000)ADC启动延时寄存器(ADCDLY)(R/W)S3C2410AA/D寄存器S3C2410A有ADCDAT0和ADCDAT1两个ADC转换数据寄存器。ADCDAT0和ADCDAT1为只读寄存器，地址分别为0x5800000C和0x58000010。在触摸屏应用中，分别使用ADCDAT0和ADCDAT1保存X位置和Y位置的转换数据。对于正常的A/D转换，只用ADCDAT0来保存转换后的数据。ADCDAT0和ADCDAT1S3C2410AA/D寄存器A/D转换数据寄存器寄存器地址R/W描述复位值ADCDAT00x5800000CRADC数据寄存器ADCDAT0位描述初始值XPDATA[9:0]X转换结果S3C2410AA/D寄存器ADCDAT0的位功能ADCDAT0位名位描述UPDOWN[15]在等待中断模式时，触笔的状态为上还是下。0：触笔为下状态；1：触笔为上状态AUTO_PST[14]X位置和Y位置的自动顺序转换。0：正常A/D转换；1：X/Y位置自动顺序测量XY_PST[13:12]手动测量X位置或Y位置。00：无操作模式；01：X位置测量10：Y位置测量；11：等待中断模式Reserved[11:10]保留XPDATA(正常ADC)[9:0]X位置的转换数据值(包括正常A/D转换的数据值)。取值范围：0～3FFS3C2410AA/D寄存器ADCDAT1的位功能描述ADCDAT1位名位描述[15:10]与ADCDAT0的位功能相同YPDATA(正常ADC)[9:0]Y位置的转换数据值。取值范围：0～3FFS3C2410AA/D寄存器1.要使ARMS3C2410的A/D转换器正常启动，预分频因子取50，应向ADCCON写入什么控制字？01001100010000012.要启动ARMS3C2410的A/D转换器读第2号通道数据（预分频因子取16），应向ADCCON写入什么控制字？0100001111010011练习S3C2410AA/D寄存器

1.设置A/D转换的时钟频率A/D转换的时钟频率取决于ADCCON寄存器的PRSCVL的值，PRSCVL的值可计算如下：

PRSCVL=PCLK/freq-1；2.启动转换：

rADCCON=0x01;

3，检查转换是否结束？

While(rADCCON&0x8000)；4，启动读允许功能：

rADCCON=0x02；5，读A/D转换数据：

(Unsignedint)i=rADCDAT0&0x3ffA/D转换控制步骤S