ARM嵌入式系统结构与编程：AD转换器

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11.1A/D转换器原理11.2S3C2410XA/D转换器11.3A/D转换器应用举例第11章A/D转换器2

11.1.1A/D转换基础A/D转换又称模数转换，顾名思义，就是把模拟信号数字化。实现该功能的电子器件称为A/D转换器，可以将输入的模拟电压转换为与其成比例的数字信号。由于系统的实际处理对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别和处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号，这就必须用到A/D转换器。11.1A/D转换器原理3

11.1.1A/D转换基础在基于ARM的嵌入式系统设计中，A/D转换接口电路是应用系统前向通道的一个重要环节，可完成一个或多个模拟信号到数字信号的转换。图11-1A/D转换的一般步骤11.1A/D转换器原理4

11.1.2A/D转换的技术指标1、分辨率（Resolution）数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辨率又称精度，通常由数字信号的位数来决定，从理论上讲，n位输出的A/D转换器能区分2n个不同等级的输入模拟电压，能区分输入电压最小值为满量程输入的1/

2n

。S3C2410的A/D转换器输出为10位的二进制数，输入信号最大值为3.3V，那么这个转换器能区分输入信号的最小电压为3.22mV.11.1A/D转换器原理5

11.1.2A/D转换的技术指标2、转换速率（ConversionRate）完成一次从模拟转换到数字的A/D所需时间的倒数。积分型A/D的转换时间是毫秒级，属低速A/D；逐次比较型A/D是微秒级，属中速A/D；全并行/串并行A/D可达到纳秒级。

采样时间则是另一个概念，是指2次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速率。11.1A/D转换器原理6

11.1.2A/D转换的技术指标3、量化误差（Quantizing

Error）由于A/D的有限分辨率而引起的误差，即有限分辨率A/D的阶梯转移特性曲线与无限分辨率A/D（理想A/D）的转移特性曲线之间的最大偏差，通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量。11.1A/D转换器原理7

11.1.2A/D转换的技术指标4、偏移误差（Offset

Error）输入信号为零时输出信号不为零的值。5、满刻度误差（Full

Scale

Error）满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差6、线性度（Linearity）实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移11.1A/D转换器原理8

11.1.3A/D转换器类型1、积分型A/D转换器2、逐次逼近型A/D3、并行比较/串行比较型A/D4、电容阵列逐次比较型5、压频变换型11.1A/D转换器原理9

11.1.3A/D转换器类型——逐次逼近型A/DD/A转换器原理11.1A/D转换器原理10

11.1.3A/D转换器类型——逐次逼近型A/D11.1A/D转换器原理11

11.1.4A/D转换的一般步骤

模拟信号进行A/D转换的时候，从启动转换到转换结束输出数字量，需要一定的时间。在这个转换时间内，模拟信号要基本保持不变，否则转换精度没有保证，特别当输入信号频率较高时，会造成很大的误差，因此必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住，而在A/D转换结束后，又能跟踪输入信号的变化。A/D转换过程是通过取样、保持、量化和编码这四个步骤完成的。取样和保持主要由采样保持器来完成；量化编码就由A/D转换器完成11.1A/D转换器原理12

11.2.1S3C2410XA/D转换器概述S3C2410A的具有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。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。11.2S3C2410XA/D转换器13

11.2.1S3C2410XA/D转换器概述11.2S3C2410XA/D转换器14

11.2.2S3C2410XA/D控制器寄存器（1）寄存器组：A/D控制寄存器ADCCON（0x58000000)11.2S3C2410XA/D转换器15

11.2.2S3C2410XA/D控制器寄存器（1）寄存器组：A/D控制寄存器ADCCON（0x58000000)11.2S3C2410XA/D转换器16

11.2.2S3C2410XA/D控制器寄存器（1）寄存器组：A/D转换数据寄存器ADCDAT11.2S3C2410XA/D转换器17

11.2.2S3C2410XA/D控制器寄存器（2）A/D转换的转换时间计算。

2410X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2.5MHz，所以最大的采样率可以达到500kbit/s。例:PCLK为50MHz，PRESCALER

=

49；所有10位转换时间: 工作时钟：50MHz

/

(49

+

1)

=

1MHz

一次采样转换时间为：1/(1M/5cycles)

=

5us。11.2S3C2410XA/D转换器18

11.3.1电路连接电路连接如下图所示，利用一个电位计输出电压到S3C2410X的AIN0管脚。输入的电压范围是0~3.3V。图11-7分压电路11.3A/D转换器应用举例19

11.3.1程序编写2.A/D测试程序#definerADCCON(*(volatileunsigned*)0x58000000)//ADC //control#definerADCDAT0(*(volatileunsigned*)0x5800000c)//ADC //conversiondata011.3A/D转换器应用举例20

11.3.1程序编写1.相关寄存器定义#defineADC_FREQ2500000voidadc_test(void){

int

i,j; UINT16TusConData;floatusEndData;

uart_printf("[ADC_INTest,channel0]\n");

uart_printf("ADCconv.freq.=%dHz\n",ADC_FREQ);

unPreScaler=PCLK/ADC_FREQ-1; 11.3A/D转换器应用举例21

11.3.1程序编写1.相关寄存器定义

//使能prescaler,通道0,normal,startbyread

rADCCON=(1<<14)|(unPreScaler<<6)|(0<<3)|(0<<2)|(1<<1);

uart_printf("PleaseadjustAIN0value!\n");

uart_printf("TheresultsofADCare:\n");

usConData=rADCDAT0&0x3FF; 11.3A/D转换器应用举例22

11.3.1程序编写1.相关寄存器定义for(j=0;j<20;j++) { while(!(rADCCON&0x8000));

usConData=rADCDAT0&0x3FF;

usEndData=usConData*3.3000/0x3FF;

uart_printf("%1.4f",usEndData); delay(10000); }

uart_printf("end.\n");} 11.3A/D转换器应用举例23

1、在PC机上观察超级终端程序主窗口，可以看到如下界面bootsuccess...[ADC_INTest,channel0]ADCconv.freq.=2500000HzPleaseadjustAIN0value!TheresultsofADCare:

11.3A/D转换器应用举例24

2、本实验对AIN0输入信号进行A/D转换，调节电位器R42，可以在超级终端和数码管上观察到变化的数据，本实验使用start-by-read模式，每1秒钟对数据进行一次采样，共采样20个点。超级