通用基础知识

ADC模块是嵌入式应用中重要的组成部分,是嵌入式系统与外界连接的纽带,是在测控系统中的重要内容。
 

模数转换ADC模块

ADC模块:即模数转换模块/AD转换模块,功能是将电压信号转换为相应的数字信号。实际应用中,这个电压信号可能由温度、湿度、压力等实际物理量经过传感器和相应的变换电路转化而来。经过AD转换,MCU就可以处理这些物理量。

转换精度

指数字量变化一个最小量模拟信号的变化量,也称分辨率,一般用ADC模块的位数来表示。通常ADC模块的位数有8位、10位、12位、14位、16位等。设采样位数为n,则最小的能检测到的模拟量变化值为½ⁿ

例如某一个AD转换模块是12位,若参考电压为5V,那这个AD模块可检测到的模拟量变化最小值(转换精度)为5/(2¹²)=1.22(mV)。

转换速度

通常用完成一次AD转换所要花费的时间表示AD转换器的转换速度。转换速度与AD转换器的硬件类型及制造工艺等因素密切相关,其特征值为纳秒级。

单端输入和差分输入

单端输入:指AD采集只有一个输入引脚,使用公共地GND作为参考电平。简单但容易受到干扰,由于GND电位始终是0V,因此AD值也会随着干扰而变化。

差分输入:比单端输入多了一个引脚,AD采样值是两个引脚的电平差值,降低了干扰,但是多用了一个引脚。通常两根差分线会布在一起,因此受到的干扰程度接近。

AD参考电压

在进行AD转换时,需要一个参考电压。例如把一个电压分成1024份,每一分的基准必须是稳定的,这个电平来自于基准电压(即AD参考电压)

在要求不是很精确的情况下,AD参考电压使用给芯片功能供电的电源电压。在更为精确的要求中,AD参考电压使用单独电源,要求功率小,波动小,一般电源电压达不到这个精度,否则成本太高。


为了使采集的数据更准确,必须的对采样的数据进行筛选去掉误差较大的毛刺。

滤波方法

通常采用中值滤波和均值滤波来提高采样精度。

中值滤波:将M次连续采样值按大小进行排序,取中间值作为滤波输出。

均值滤波:把N次采样结果值相加,然后除以采样次数N,得到的平均值。

若要得到更好的精度,可以通过建立其他误差模型分析方法来实现。


在实际应用中,得到稳定的AD采样值后,还需要把AD采样值与实际物理量对应起来。

物理量回归

AD转换的目的是把模拟信号转化为数字信号,供计算机进行处理,但必须知道AD转换后的数值所代表的实际物理量的值,这样才有实际意义。

例如,利用MCU采集室内温度,AD转换后的数值是126,实际温度25.1ᵒC。

设AD值为x,实际物理量为y,物理量回归就是寻找x与y之间的函数关系y=f(x)。


KL25 ADC通道输入表

模数转换ADC模块

KL25的ADC模块只有一个,记为ADC0,是线性逐次逼近ADC,最高转换精度为16位。

同时具有单端输入和差分输入两种采集模式。

差分模式的精度可配置为16位、13位、11位、9位。

单端模式的精度可配置为16位、12位、10位、8位。

KL25中还有其他形式的模拟输入通道,如芯片内部包含一个温度传感器,他的输出信号接在ADC模拟量个输入通道上,通道号为26。

ADC驱动构件

ADC驱动构件头文件

 

 

 

 

 

 

嵌入式技术基础与实践(第4版) 

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