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1、111.1 A/D11.1 A/D转换器原理转换器原理(yunl)(yunl)第1页/共41页第一页，共42页。模拟信号：在时间模拟信号：在时间(shjin)上和数值上连上和数值上连续的信号。续的信号。数字信号：在时间上和数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离数值上不连续的（即离散散(lsn)的）信号。的）信号。uu模拟信号波形(b xn)(b xn)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变换变换第2页/共41页第二页，共42页。模数转换则是将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量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。实现与输入的
2、模拟电量成正比。实现(shxin)这种转换功能这种转换功能的电路称为模数转换器（的电路称为模数转换器（ADC）。）。 2、模数转换概述(i sh)典型数字控制系统典型数字控制系统(kn (kn zh x tn)zh x tn)框图框图 A/D转换器的基本原理第3页/共41页第三页，共42页。 模拟电子开关S在采样脉冲(michng)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显然然，模模数数转转换换一一般般(ybn)
3、要要分分采采样样、保保持持、量量化化和和编编码码四四个个步步骤骤进进行。行。A/D转换器的基本原理第4页/共41页第四页，共42页。s(t)t 采样是对模拟信号进行周采样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程，就是期性地抽取样值的过程，就是把随时间连续变化把随时间连续变化(binhu)的的信号转换成在时间上断续、在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幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串脉冲。号大小的一串脉冲。1) 采样(ci yn)、保持utts(t)ttstws(t)t采样采样(ci yn)电路示电路示意图意图采样信采样信号号采样采样脉冲脉冲输入模拟输入模拟信号信号采样保持
4、采样保持信号信号 采样脉冲的频率采样脉冲的频率fs(1/Ts)越高，越高，采样越密，采样值就越多，其采样越密，采样值就越多，其取样信号取样信号vs的包络线就越接近的包络线就越接近于输入模拟信号的波形。于输入模拟信号的波形。 采样定理：采样定理：为了能不失真地恢为了能不失真地恢复原模拟信号，采样频率应不小于复原模拟信号，采样频率应不小于输人模拟信号频谱中最高频率的两输人模拟信号频谱中最高频率的两倍，即倍，即 fs2fimax。 A/D转换器的基本原理第5页/共41页第五页，共42页。2）采样(ci yn)-保持电路 由于(yuy)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
5、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(shjin)内(Ts-tw)内完成量化和编码。 A/D转换器的基本原理第6页/共41页第六页，共42页。 经经过过采采样样和和保保持持而而抽抽取取的的电电压压值值仍仍然然属属模模拟拟量量的的范范畴畴，由由于于任任何何(rnh)一一个个数数字字量量的的大大小小只只能能是是某某个个最最小小数数量量单单位位(1LSB)的的整整数数倍倍，因因此此用用数数字字量量表表示
6、示取取样样电电压压值值时时，先先要要把把其其采采样样电电压压化化为为最最小小单位的整数倍。单位的整数倍。3）量化和编码(bin m)量化：量化： 所所取取得得(qd)的的最最小单位，用小单位，用表示，表示， 1LSB。量化单位量化单位 把把量量化化后后的的电电压压值值再再转转化化成成对对应应的的代代码码，如如二二进进制制、十进制码等的过程。十进制码等的过程。编码：编码：量化量化编码编码A/D转换器的基本原理第7页/共41页第七页，共42页。(a)采用采用(ciyng)直接舍去小数点的方法，最大的量化误差是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(diny)值与量化值之间的
7、偏差(a)(a)(b)(b)(b)采用采用(ciyng)直接四舍五入的方法，最大的量化误差是直接四舍五入的方法，最大的量化误差是/2。A/D转换器的基本原理第8页/共41页第八页，共42页。电电路路(di(dinlnl)组组成成二、逐次(zh c)逼近型模数转换器 DAC：数数模模转转换换器器，作作用用是是按按照照不不同同的的输输入入数数码码产产生生一一组组相相应的比较电压应的比较电压UR : 电电压压比比较较器器：将将输输入入的的电电压压信信号号UI与与UR 进进行行(jnxng)比比较较，当当UIUR 时时，输输出出C01(C0=0)；当当UIUR 时时，输输出出C00 (C0 =1) ；
8、 C0和和C0 分别连接各个边沿分别连接各个边沿JK触发器的触发器的J、K端。端。 4位位脉脉冲冲发发生生器器：用用它它来来产产生生4各各的的负负向向节节拍拍脉脉冲冲CLK0- -CLK3；用这用这4个节拍脉冲来控制其他电路完成逐次比较。个节拍脉冲来控制其他电路完成逐次比较。 该发生器通常由该发生器通常由4位环形计数器构成。位环形计数器构成。 JK触触发发器器：作作用用是是在在4个个的的负负向向节节拍拍脉脉冲冲CP0- -CP3=0的的推推动动下，记忆每次比较的结果，并向下，记忆每次比较的结果，并向DAC提供输入数码。提供输入数码。 3D存存储储器器：作作用用是是在在节节拍拍脉脉冲冲的的触触发
9、发下下，记记忆忆最最后后的的比比较较结结果果，并行输出二进制代码。并行输出二进制代码。d2d0d1A/D转换器的基本原理第9页/共41页第九页，共42页。工工作作(g(gnngzgzu)u)原原理理DAC输出输出(shch)的比较的比较电压电压d2d0d1A/D转换器的基本原理第10页/共41页第十页，共42页。逐次(zh c)逼近型ADCA/D转换器的基本原理第11页/共41页第十一页，共42页。 相相对对精精度度是是指指A/D转转换换器器实实际际输输出出数数字字量量与与理理论论输输出出数数字字量量之之间间的的最最大大差差值值。通通常常用用最最低低有有效效位位LSB的的倍倍数数来来表表示示(
10、biosh)。如如相相对对精精度度不不大大于于(1/2)LSB，就就说说明明实实际际输输出出数数字字量与理论输出数字量的最大误差不超过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(zhyo)技术指标1、分辨率、分辨率 A/D转转换换器器的的分分辨辨率率用用输输出出二二进进制制数数的的位位数数表表示示，位位数数越越多多，误误差差越越小小，转转换换精精度度越越高高。例例如如，输输入入模模拟拟电电压压的的变变化化(binhu)范范围围为为05V，输输出出8位位二二进进制制数数可可以以分分辨辨的的最最小小模模拟拟电电压压为为5V2820mV；而而输输出出12位位二二进进制
11、制数数可可以以分分辨辨的的最最小小模模拟拟电电压压为为5V2121.22mV。2、相对精度、相对精度A/D转换器的基本原理第12页/共41页第十二页，共42页。 转转换换速速度度是是指指A/D转转换换器器完完成成一一次次转转换换所所需需的的时时间间(shjin)。转转换换时时间间(shjin)是是指指从从接接到到转转换换控控制制信信号号开开始始，到到输输出出端端得得到到稳稳定的数字输出信号所经过的这段时间定的数字输出信号所经过的这段时间(shjin)。3、转换(zhunhun)速度A/D转换器的基本原理第13页/共41页第十三页，共42页。A/D转换器的主要(zhyo)类型 （1）双积分型）双
12、积分型A/D转换器转换器 特点：电路特点：电路(dinl)简单、抗干扰能力强、精度高、速度慢。简单、抗干扰能力强、精度高、速度慢。（2）逐次逼近型）逐次逼近型A/D转换器转换器 特点特点(tdin)：转换速度快、分辨率高、抗干扰能力差。：转换速度快、分辨率高、抗干扰能力差。A/D转换器的基本原理第14页/共41页第十四页，共42页。2. 05V 输入信号用8位AD采集(cij)，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(bzhu)?3. 03.3V输入信号(xnho)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
13、换器的基本原理第15页/共41页第十五页，共42页。1611.2 S3C2410X A/D11.2 S3C2410X A/D转换器转换器第16页/共41页第十六页，共42页。具有8通道模拟(mn)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）。11.2.1 A/D转换器概述转换器概述(i sh)S3C2410X ADC控制器接口控制器接口(ji ku)框图框图第17页/共41页第十七页，共42页。18采用(ciyng)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
14、，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）：1.5LSB。（3）积分线性误差（IntegralLinearityError）：2.0LSB。（4）最大转换速率（MaximumConversionRate）：500KSPS。（5）输入电压（InputVoltageRange）：0-3.3V。（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。11.2.1 A/D转换器概述转换器概述(i sh)第18页/共41
15、页第十八页，共42页。19 11.2.2 A/D控制器寄存器控制器寄存器（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(gngzu)时钟为2.5MHz，所以最大的采样率可以达到500kbit/s。第19页/共41页第十九页，共42页。S3C2410 的3 个ADC 电位器对应AIN0-2，触摸屏电路使用AIN5 和AI
16、N7。另外(ln wi)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3.3V。第20页/共41页第二十页，共42页。S3C2410A A/D寄存器Register Address R/W Description Rst Value ADCCON 0x58000000 R/W ADC控制寄存器控制寄存器 0x3FC4 ADCTSC 0x58000004 R/W 触摸屏控制寄存器触摸屏控制寄存器0x058 ADCDLY0x58000008 R/W ADC起始延迟寄存器起始延迟寄存器0x00FF ADCD
17、AT0 0x5800000C RADC转换数据转换数据0寄存器寄存器-ADCDAT1 0x58000010 RADC转换数据转换数据1寄存器寄存器- 第21页/共41页第二十一页，共42页。A/D转换控制寄存器负责(fz)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(zhunhun)控制寄存器S3C2410A A/D寄存器第22页/共41页第二十二页，共42页。ECFLG-转换结束标志(只读)0
18、：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(shz)N范围：1255SEL_MUX-模拟输入通道选择000111：AIN0AIN7STDBM-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 3210ECFLG PRSCEN PRSCVL SEL_MUXSTDBMREAD_START
19、 ENABLE_STARTADCCON-ADC控制控制(kngzh)寄存器寄存器第23页/共41页第二十三页，共42页。ADC控制控制(kngzh)寄存器寄存器(ADCCON)(R/W)ADCCON符号位描述初始状态ECFLG15A/D转换状态标志(只读)。0：A/D转换中；1：A/D转换结束0PRSCEN14A/D转换器前置分频器使能控制。0：禁止；1：使能0PRSCVL13:6 A/D转换器前置分频器数值设置，数值取值范围：1255。 注意：当前置分频器数值为N时，分频数值为N1。0xFFSEL_MUX5:3模拟输入通道选择。000：AIN0； 001：AIN1； 010：AIN2；011
20、：AIN3； 100：AIN4； 101：AIN5；110：AIN6； 111：AIN70A/D转换率=PCLK/(PRSCVL+1)S3C2410A A/D寄存器第24页/共41页第二十四页，共42页。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(zhsho)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)=5sA/D采样(ci yn)的频率S3C2410A A/D寄存器第25页/共41页第二十五页，共42页。A/D控制寄存器的bit
21、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(xyo)指定转换通道，人们通过设置控制寄存器的bit5:3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|(0x23);2. 启动(qdng)采样S3C2410A A/D寄存器第26页/共41页第二十六页，共42页。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(bit15)的值，可以确定A/D转换是否(shfu)完成，当转换完成后就可以从数据寄存器读出转换结果。3取得取得(qd)A/D转换结果转换结果S3C2410A
22、 A/D寄存器第27页/共41页第二十七页，共42页。ADC触摸屏控制触摸屏控制(kngzh)寄存器寄存器(ADCTSC)(R/W)ADCTSC符号位描述初始状态Reserved8保留位0YM_SEN7选择YMON的输出值。 0：YMON输出0(YM = 高阻) 1：YMON输出1(YM = GND)0YP_SEN6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AIN5)1XM_SEN5选择XMON的输出值。 0：XMON输出0(XM=高阻) 1：XMON输出1(XM=GND)0S3C2410A A/D寄存器第28页/共41页第二十八页，共4
23、2页。XP_SEN4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AIN7)0PULL_UP3上拉开关使能。 0：XP上拉使能；1：XP上拉禁止1AUTO_PST2X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_PST1:0X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触摸屏控制触摸屏控制(kngzh)寄存器寄存器(ADCTSC)(R/W)S3C2410A A/D寄存器第29页/共41页第二十九页，共42页。ADCDLY符号位描述DELAY
24、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启动启动(qdng)延时寄存器延时寄存器(ADCDLY)(R/W)S3C2410A A/D寄存器第30页/共41页第三十页，共42页。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
25、应用(yngyng)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和和ADCDAT1S3C2410A A/D寄存器第31页/共41页第三十一页，共42页。A/D转换转换(zhunhun)数据寄存器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XPDATA9:0X转换结果S3C2410A A/D寄存器第32页/共41页第三十二页，共42页。ADCDAT0的位功能的位功能(gngnng)ADCDAT0位名位描述UPDOWN15在等
26、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_PST14X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_PST13:12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Reserved11:10保留XPDATA(正常ADC)9:0X位置的转换数据值(包括正常A/D转换的数据值)。取值范围：03FFS3C2410A A/D寄存器第33页/共41页第三十三页，共42页。ADCDAT1的位功能的位功能(gngnng)描述描述ADCDAT1位名位描述15:10与ADCDAT0的位功能相
27、同YPDATA(正常ADC)9:0Y位置的转换数据值。取值范围：03FFS3C2410A A/D寄存器第34页/共41页第三十四页，共42页。1. 要使ARM S3C2410的A/D 转换器正常启动，预分频(fn pn)因子取50，应向ADCCON写入什么控制字？01001100010000012. 要启动要启动ARM S3C2410的的A/D 转换器读第转换器读第2号通道号通道(tngdo)数数据（预分频因子取据（预分频因子取16），应向），应向ADCCON写入什么控制字？写入什么控制字？0100001111010011练习(linx)S3C2410A A/D寄存器第35页/共41页第三十五
28、页，共42页。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(rxi)：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转换转换(zhunhun)控制步骤控制步骤第36页/共41页第三十六页，共42页。S3C2410A/D转换器编程目标(mbio)板初始化（调ARMTargetinit（）函数）启
29、动(qdng)A/D转换器进行02通道(tngdo)A/D转换、显示结果、延时开 始启动A/D延 时转换结束？结 束主函数主函数A/D转换子函数转换子函数3路A/D转换程序框图NY读转换结果第37页/共41页第三十七页，共42页。S3C2410AA/D接口接口(jiku)编程实例编程实例#definerADCCON(*(volatileunsigned*)0x58000000)/控制(kngzh)寄存器#definerADCTSC(*(volatileunsigned*)0x58000004)/触摸屏控制(kngzh)寄存器#definerADCDLY(*(volatileunsigned*)
30、0x58000008)/启动间隔延时寄存器#definerADCDAT0(*(volatileunsigned*)0x5800000c)/ 转换数据寄存器0#definerADCDAT1(*(volati1eunsigned*)0x58000010)/ 转换数据寄存器定义与AD转换(zhunhun)相关的寄存器第38页/共41页第三十八页，共42页。voidAD_Init(unsignedcharch)/参数ch表示所选择的通道(tngdo)号rADCDLY=100;/ADC 启动或间隔延时rADCTSC=0;/选择正常ADC模式，非触摸屏/分频器使能，PRSCVL=49，选通道(tngdo)
31、号，正常模式，禁止读操作启动，/A/D转换器不操作rADCCON=(114)|(496)|(ch3)|(02)|(07) return 0; /通道不能大于7 for (i=0; i 16; i+) /为转换(zhunhun)准确，转换(zhunhun)16次 rADCCON |=0x1; /启动A/D转换(zhunhun) rADCCON= rADCCON0xffc7 | (ch 4); 获取(huq)A/D转换的值S3C2410AA/D接口接口(jiku)编程实例编程实例第40页/共41页第四十页，共42页。谢谢(xi xie)大家观赏！第41页/共41页第四十一页，共42页。内容(nirng)总结1。模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。第2页/共41页。第4页/共41页。第8页/共41页。C0和C0分别(fnbi)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。而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2121.22mV。第12页/共41页。50MHz/(49+1)=1MHz。A/D转换器前置分频器数值设置，数值取值范围：1255第四十二页，共42页。
