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    2013-07-08 14:40:00
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  • AD转换原理

    万次阅读 多人点赞 2018-06-30 22:50:34
    此时,A/D或者D/A转换器的都或许知道其分辨率的定义式( 选择D/A转换器来说明 ): 当模拟量的范围( 如电压范围[ UMIN, UMAX] )确定之后,分辨率就可以用来确定当D/A转换器内部二进制数变化1时对应的模拟信号的...

    1 分辨率
    当知道一个A/D或D/A转换器的位数n时,就可以知道其分辨率的大小。此时,A/D或者D/A转换器的都或许知道其分辨率的定义式( 选择D/A转换器来说明 ):
    这里写图片描述
    当模拟量的范围( 如电压范围[ UMIN, UMAX] )确定之后,分辨率就可以用来确定当D/A转换器内部二进制数变化1时对应的模拟信号的变化量:
    这里写图片描述
    表1
    左边的B列表示D/A转换器对应的二进制值,U列代表电压。第二行从左到右分别表示二进制数的范围及电压的变化范围,具体的物理含义可表示当二进制从最小变化到最大时对应的电压也从最小变化到最大[ 采用数学中的比例思想可得到下面的比例等式 ]。那么当二进制值增加1( 上图中的1可理解为下一个二进制与上一个二进制值的差,以增1的方式进行 )时电压差值U( 可理解为当二进制值变化1后的电压值与之前二进制值对应电压的差值 )会相应的为多少呢?根据比例式求解就可以得到U的表达式:
    这里写图片描述
    这个表达式就证明了之前说的一句话,当模拟信号的范围确定以后,D/A分辨率的大小将决定模拟量的最小变化量。对于相同的模拟信号范围,当n值越大时,二进制每增加1对应的模拟信号的变化就越小[ 对整个模拟量范围划分的阶段更多 ],能表示的模拟信号的精度就越高。如UMAX=1, UMIN=0,n=8则D/A能输出0.0039这一点压值,但此D/A转换器永远输不出在此基础之上小于U的电压值如0.0039 + 0.09( 低于二进制变化一位电压变化的值了 )。这就是分辨率的作用和所追求的东西。每两个二进制值之间形成一个模拟量增量。

    2 A/D或D/A的计算
    不管是对于数模转换还是模数转换,其实都是根据事先设计好的二进制增1时对应的模拟量的增量值来计算。根据以上对分辨率的讨论可知,模拟量值从原来设定值变化到当前值需要变化的二进制值为多少呢,每变化一个二进制值模拟量就增加一个值U,直到增加到当前模拟量值。一般的A/D或者D/A转换器低分辨率的为8位,中分辨率的的有10位和12位,高分辨率的有16位,别看这8位的低分辨率( 值为0.00392 ),有效值也在小数点后三位。由以上分析分变率可知,分辨率与模拟量的乘积就是二进制每增加1时对应模拟量的变化增量[ 若模拟量范围为个位级,若输出模拟量的精度不需要精确到小数点后3位,则二进制增1操作不能引起模拟量的改变,若模拟量范围为十位级,若输出模拟量值精度不需要精确到小数点后两位,则二进制增1时模拟量输出不会改变,依次类推 ],10/12/16位A/D或D/A同样的道理。
    2.1D/A通道数模转换计算
    同理,D/A通道数模转换计算是已知模拟信号范围及知道一个二进制值时对应的模拟信号值。根据以上分析二进制下的模拟量计算公式应该为:
    这里写图片描述
    M为上次二进制值到当前二进制值变化的二进制值。根据分析的模拟量输出精度可知,若模拟量范围为个位级且输出精度不要求精确到小数点后三位,则二进制的增/减一个值不会改变模拟量的值。故上面的对U的计算公式就可以改成:
    这里写图片描述
    同理,当给定的二进制值M有-1的情况,如给定二进制值FFH时,就可以省掉-1项( 不影响结果 )。
    2.2A/D通道模数转换计算
    A/D通道模数转换计算是已知模拟信号范围及知道模拟量范围内的一个值时求对应的二进制数值。根据表1,可得已知电压值计算二进制值的公式如下:
    这里写图片描述
    <1> 根据以上所提到的精度问题,在不影响精度的条件下可以将2的n次方后的-1项去掉。
    <2> 如果整个计算结果为小数,而对应二进制时需要整数来对应,此时是将这个小数的小数部分直接省掉作为计算二进制的整数呢还是将小数省掉后加1作为计算二进制的整数呢?其实随便取哪一个都不是很准确,但是在一定的误差要求范围内,应该是随便取哪一个都是可以的,可以取两个整数值来分别计算得到二进制值,然后再用此二进制值计算出对应的输出模拟量,选择误差较小的一个对应的二进制对应的模拟量值( 保证大者在最大值以下,小者在下限以上的前提下 )。

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    在学习CC3200的过程中发现了一个非常有意义的引脚ADC引脚,他可以实现开发板内部的AD转换,可将模拟信号转为数字信号,并且在开发板的应用中更偏向于读取传感器的模拟信号(AO)
    CC3200最多支持4个ADC外设引脚,每个引脚对应一个通道。
    ADC引脚的使用:
    step1:pinmux中开启ADC外设时钟

    MAP_PinTypeADC(PIN_60,PIN_MODE_255);
    

    step2:开启ADC通道,允许PIN_60进行数据传递

    unsigned int  uiChannel = ADC_CH_3;
    

    step3:配置ADC引脚定时器,并允许
    在这里插入图片描述

    MAP_ADCFIFOLvlGet(ADC_BASE, uiChannel);//判断通道是否合法
    
    ulSample = MAP_ADCFIFORead(ADC_BASE, uiChannel);//读取通道传输的数据
    
    MAP_ADCChannelDisable(ADC_BASE, uiChannel);//关闭通道
    

    对接受的ulSample进行处理,可以参考ad转换器的原理
    在这里插入图片描述

    double data=(((float)((ulSample >> 3 ) & 0x0FFF))*4.8)/4096;
    //由于前三位为地址信息,并且开发板提供的电压4.8V,同时接受的数据为12位的
    

    *扩展:为什么要设置外设时钟呢?
    我这么好看为什么不点我呢

    展开全文
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    2009-12-30 12:37:59
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    千次阅读 2018-11-20 21:46:56
    AD7705是AD公司的一款新型16位AD转换器。该器件包括由放大器(PGA)和缓冲器组成的前端模拟调节电路、可编程数字滤波器、调制器。可以通过传感器直接测量多通道小信号进行AD转换,适用于直流和低频交流信号测量应用...

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    AD7705是AD公司的一款新型16位AD转换器。该器件包括由放大器(PGA)和缓冲器组成的前端模拟调节电路、可编程数字滤波器、调制器。可以通过传感器直接测量多通道小信号进行AD转换,适用于直流和低频交流信号测量应用。

     

    它具有低功耗特性(3V时最大1mW),可用于环路供电、本地供电或电池供电的应用。片上具有可提供从1到128增益设置的可编程增益放大器,允许高低电平模拟输入,而无需外部信号对硬件进行调节。AD7705采用SPI和SPIQ兼容三线串行口,可以方便地连接各种微控制器或DSP,而且还可以大大节省并行接口模式CPU的 I/O口。 

     

    AD7705的CS需置低电平。DRDY状态通过使用数字滤波器和其他组件监视DRDY线。可以通过传感器直接测量多通道小信号AD转换。该器件具有高分辨率、自校准能力、优异的抗噪声性能以及低功耗等特点,适合仪器仪表领域的应用。

     

    如果外部连接晶振、精密参考源和去耦电容,可以进行连续AD转换。它使用低成本、高分辨率的转换技术来实现16位无错误数据输出。这符合对分辨率要求高,但对数字转换要求并不高的应用,如智能仪表产品和数字音频产品。以下对芯片的几个重要部分以及特性进行简要的说明。

     

    AD7705片上增益可编程放大器有8种增益可以选择,分别为1、2、4、8、16、32、64以及128,允许各种输入信号放大至接近AD转换芯片的满刻度电压,然后进行AD转换,这将有助于提高转换质量。当电源电压为5V,参考电压为21V时,芯片可接受20mV至215V范围内的单极信号,±20mV至±215V的双极信号。

     

    必须注意的是,这里的负电压是相对于AIN(-)的,这两个引脚应该被偏置到适当的正电位。输入模拟信号由AD连续转换。采样频率fs由主频率clk和增益决定。增益(16至128)通过多次样本并使用参考电容与输入电容的比值来获得。

     

    其中,器件产生的噪声大部分来源于半导体量化噪声。PGA放大频率和滤波第一陷波频率越低,半导体量化噪声输出越小,AD的分辨率越高。

      

    为了提高AD转换的质量,AD7705提供了两个功能选项:自校准和系统校准。 当工作电压和环境温度变化时,或者设备工作状态的改变,如输入通道的切换、增益,信号输入范围的变化及数字滤波器第一陷波频率变化等,则必须进行校准。

     

    偏置电压校准零刻度,在内部产生的VREF电压和选定增益条件下执行满量程校准。在已定增益下,在外部向AIN(+)侧先施加零电压,然后施加满刻度电压,首先校准零刻度点,然后校准满刻度点。基于零刻度和满刻度校准数据,片上微控制器对转换器输入输出转换的偏移和增益进行计算,并补偿误差。

     

    AD7705包括五个串行数据接口,其中数据输入端D_IN,串行时钟输入端S_CLK,转换数据输出端D_OUT,芯片选择输入端CS用于传输数据,状态信号输出DRDY端用于指示输出数据寄存器数据是否准备就绪。当DRDY 端电平置低时,转换的数据可用; 当DRDY端电平置高时,输出更新数据,无法读取。根据设定的数据输出进行速率更新A / D转换处理。任何操作都必须向对应的片上寄存器添加新的编程指令。

     

    AD7705包括通过器件串行端口访问的8个寄存器。第1个为通信寄存器,它确定下一个操作是读还是写到哪个寄存器,并控制对哪个输入通道采样。与设备的所有通信必须首先写入通信寄存器。其寄存器选择位RS2〜RS0确定哪个寄存器访问下一个操作,输入通道选择位CH0,CH1决定转换或访问校准数据的输入通道。第2个为设置寄存器,它是一个8位寄存器,用于设置校准方法、工作模式等。第3个位时钟寄存器,它也是可读可写的8位寄存器,主要用于设置AD芯片工作频率参数和AD转换的输出速率。第4个为数据寄存器,它是16位只读寄存器,用于存储AD芯片的转换结果。

     

    值得注意,数据手册显示它是16位寄存器,但实际上它是由两个8位存储单元组成,输出MSB在前,如果接收单片机需要LSB在前。其他寄存器是测试寄存器,满量程校准寄存器,零标度校准寄存器等,用于测试并存储校准数据,同时用来分析噪声误差。

     

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  • 电容检测 电容数字转换器AD7745的工作原理和应用

空空如也

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