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A/D轉換講解

一.基本概念講解

A/D是我們的模擬量到數(shù)字量的轉換，依靠的是模數(shù)轉換器(Analog to Digtial Converter),簡稱ADC;D/A是數(shù)字量到模擬量的轉換，依靠的是數(shù)模轉換器(Digtial to Analog Converter),簡稱DAC。他們的道理是完全一樣的。只是轉換的方向完全不同。

什么是模擬量?就是指變量在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)變化的量。也就是在一定的范圍內(nèi)可以取任意的指。比如我們的溫度計。從0度到100度，可以取任意值。可以是1度，可以是0.01度，也可以是0.0001度等。總之0到100度之間有無限個中間值。所以，稱之為連續(xù)變量的量。這個就是我們稱之的模擬量。如下左圖

而我們的溫度計被我們?nèi)藶榈目躺狭朔�號，每兩個大型的刻度間隔是10度。這個實際上就是我們的對模擬量數(shù)字化，由于有一定的間隔，不是連續(xù)的，所以，我們專業(yè)的說法叫做離散的。我們的ADC就是把連續(xù)的信號用離散的數(shù)字表達處理啊。我們的ADC就是模擬量轉換成數(shù)字量的一種機制。

注：

模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉換前，輸入到A/D轉換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉換成電壓信號。

A/D轉換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位、14位和16位等。

二.A/D轉換器的主要技術指標

① 分辨率：數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與 2n 的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。，它表示對模擬信號進行數(shù)字化能夠達到多細的程度。通常用數(shù)字量的位數(shù)表示，如8位、12位、16位分辨率等。若分辨率為8位，能夠表示的最大數(shù)字是255。若是我們輸入的電壓位12V，那么其分辨率位12 / 255 = 0.047v(約等于0.047v)也就是說模擬量的輸入必須以0.047為單位變大或變小，其輸出的數(shù)字量才會有變化，例如：11.953~12.000的模擬量其輸出數(shù)字量都為255.分辨率越高，轉換時對輸人量的微小變化的反應越靈敏。

②量程：即所轉換的電壓范圍。單極性工作的芯片有以0V為基準的0～+10V，0～-10V等;雙極性工作的芯片有以0V為基準的±5V，±10V等。

③轉換時間和轉換率：完成一次A/D轉換所需要的時間稱為轉換時間，轉換時間的倒數(shù)稱為轉換率。不同形式、不同分辨率的器件，其轉換時間的長短相差很大，可為幾微妙到幾百毫秒。在選擇器件時，要根據(jù)應用的需要和成本，對這項指標加以考慮，有時還要同時考慮數(shù)據(jù)傳輸過程中轉換器件的一些結構和特點。

MSPS--Million Samples per Second

采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率(Sample Rate)必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的

例如：

我們有一把塑料尺子，它的量程是10厘米，上面有100個刻度，能夠都出來的最小的單位是1毫米有效值，那么我們就說我們這個尺子的分辨率為1毫米。

三.電路圖分析

我們觀察到開發(fā)板上有一個電位器(滑動變阻器)，上面的編號為VR1，我們就可以通過搜索VR1來觀察滑動變阻器的阻值情況。

在《FS4412-DevBoard-V5.pdf》搜索VR1(或者直接搜索ADC),觀察到下圖。

當我們的滑動變阻器變化的時候，通過檢測XadcAIN3引腳電壓變化轉換車成數(shù)字。

我們在芯片手冊《FS4412_CoreBoard_V2.pdf》中，同樣搜索到的內(nèi)容如下：

三.芯片手冊大致翻譯

56 ADC

56.1 ADC 概述

10 位或 12 位 CMOS 再循環(huán)式模擬數(shù)字轉換器，它具有 4 通道輸入，并可將模擬量轉換為 10 位或 12位二進制數(shù)。 5MHz A/D 轉換時鐘時，最大 1MSPS(Million Samples per Second)。 A/D 轉換操作具有樣本保持的功能，同時也支持降功耗模式。

特性

ADC 接口包括如下特性:

Ø 10bit/12bit 輸出位可選。

Ø 微分誤差±2.0LSB。

Ø 積分誤差±4.0LSB。

Ø 最大轉換速率： 1 Msps。

Ø 功耗少，電壓輸入 3.3v。

Ø 模擬量輸入范圍： 0～3.3v。

Ø 支持片上樣本保持功能。

Ø 通用轉換模式。

56. ADC 選擇

Exynos 4412 SCP 有2個ADC 設備塊，分別是ADC和MTCADC_ISP。我們可以選擇其中一個ADC塊設備，通過設置SFR(special function register)寄存器中的ADC_CFG[16]來選擇。

56.4.2 A/D 轉換時間

當一個PLCK 時鐘頻率是66MHZ,并且分頻值是65，選擇的是12位的分辨率的時候。

我們的計算公式如下：

完成一次 A/D 轉換需要 5 個時鐘周期。 A/D 轉換器的最大工作時鐘為 5MHz，所以最大的采樣率可以達到 1Mbit/s。

56.4.3 ADC 轉換模式

轉換模式中AIN0~AIN3是類似的。若是需要初始化這個模式，通過設置ADCCON(ADC控制寄存器)即可. 轉換的數(shù)據(jù)可以通過ADCDAT這個寄存器來讀。

ADC編程步驟：

設置預分配器

根據(jù)上述公式，我們選擇預分配位255，最終得到的結果位

ADCCON[14] = 1; //使能分配器

ADCCON[6:13] = 0xff //選擇分配系數(shù)

時鐘頻率 100 MHZ /(255 + 1) = 25 / 64 MHZ

(2) 設置精度(選擇分辨率 8位，12位等)

ADCCON[16] = 1 //選擇12bit 的A/D轉換

注：量化位數(shù)是12位，那么數(shù)字表示的范圍是0~4096

假如我們輸入最小的電壓范圍位0~1.8V，那么我們

最低有效位1LSB 表示大小 1.8V / 4096 。

當我們量化的位數(shù)越大的時候，每位能給你識別的電壓越小，精度越高。

(3) 選擇通道

ADCMUX[3:0] = 0011

(4)使能，啟動A/D轉換

注:由圖所知，我們的可以選擇ADCCON [0]和ADCCON[1].

ADCCON[0] 使能A/D轉換開始。我們知道當我們的A/D轉換開始后，若是

我們讀了之后，這位會被自動的清除。故我們每次都需要設置。

ADCCON[1] A/D轉換由讀來開始。通過讀來使能開始，我們知道了，當我們

讀了一次之后，我們的A/D轉換才開始，若是不讀的話，我們的

A/D轉換不會啟動。

//ADC轉換后的數(shù)值

ADCCON[2] = 0 //選擇正常模式

ADCCON[1] = //使能讀功能，可以讀ADCDAT中的信息

temp = ADCDAT[0 : 11] //讀取一次后，轉換開始。若是不讀取，A/D轉換不會啟動。

(1) 獲得轉換后-的數(shù)值

While(!(ADDCCON[15] == 1)) //每次讀取結束后ADDCCON的值會自動設置位1表示結束

Temp = ADCDAT[0 : 11]

代碼簡介：

void adc_init()

{

//enable prescaler

REG_WRITE(ADCCON,REG_READ(ADCCON) | (1 << 14));

//prescaler 256

REG_WRITE(ADCCON,(REG_READ(ADCCON) & ~(0Xff << 6)) | (0xff << 6));

//設置精度 12bit

REG_WRITE(ADCCON,REG_READ(ADCCON) | (1 << 16));

//選擇通道3

REG_WRITE(ADCMUX,(REG_READ(ADCMUX) & ~(0Xf)) | (0x3));

//normal 模式

REG_WRITE(ADCCON,REG_READ(ADCCON) & ~(1 << 2));

//設置通過的讀的方式使能adc轉換

REG_WRITE(ADCCON,REG_READ(ADCCON) | ( 1 << 1));

//讀一次之后，啟動我們的ADC

adcval = REG_READ(ADCDAT);

}

int adc_read()

{

int val;

while(!(REG_READ(ADCCON) & (1 << 15)));

val = REG_READ(ADCDAT) & 0xfff;

return val;

}

int main()

{

adc_init();

while(1)

{

adcval = adc_read();

delay_ms(500);

uart_printf("adc = %d\r\n",adcval);

}

return 0;

}