嵌入式控制系统原理及设计PPT课件(共25单元)模数转换器.pptxVIP

嵌入式控制系统原理及设计第5章 嵌入式系统接口技术5.6 模/数转换器嵌入式控制系统原理及设计5.6 模/数转换器（ADC）嵌入式控制系统的被控对象很多时候是模拟设备，被控量也可能是一个模拟信号，有时候还是非电信号，例如温度、湿度、压力、液位等。传感器负责将非电物理量转化为与此相对应的电信号，例如电压、电流或频率等。嵌入式控制系统原理及设计5.6.1 ADC简介将模拟量转换为数字量的过程称为模数转换（A/D转换），完成这一转换功能的器件称为模数转换器（ADC）。A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。模数转换器的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接ADC和直接ADC。嵌入式控制系统原理及设计5.6.1 ADC简介间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，常用的有双积分型ADC。双积分型ADC由积分器、过零比较器、时钟脉冲控制门和等几部分组成。嵌入式控制系统原理及设计5.6.1 ADC简介直接ADC则直接转换成数字量，常用的有并联比较型ADC和逐次逼近型ADC。嵌入式控制系统原理及设计5.6.2 STM32的ADC概述STM32F107系列有3个ADC，这些ADC可以独立使用，也可以使用双重/三重模式（提高采样率）。STM32F107的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。它具有18个复用通道，可测量来自16个外部源、2个内部信号源。嵌入式控制系统原理及设计5.6.2 STM32的ADC概述STM32 ADC的硬件构造如图5.25所示，该ADC模块相关的引脚有：模拟参考电源的正负极（VREF+、VREF-）模拟电源与地（VDDA、VSSA）16路模拟输入信号（ADCx_IN[15:0]）嵌入式控制系统原理及设计5.6.2 STM32的ADC概述STM32将ADC的转换分为两个通道组：规则通道组和注入通道组。规则通道组相当于运行的程序，而注入通道组相当于中断。在程序正常执行的时候，中断是可以打断程序正常执行的，因此注入通道的转换可以打断规则通道组的转换，在注入通道组转换完成后，规则通道组才可以继续转换。而通道组内的转换顺序允许用户自定义。嵌入式控制系统原理及设计5.6.2 STM32的ADC概述（1）规则组有16个转换通道，它们的转换顺序在ADC_SQRx寄存器中选择，其总数应写入ADC_SQR1寄存器的L[3：0]位中。（2）注入组有4个转换通道，它们的转换顺序在ADC_JSQR寄存器中选择，其总数应写入ADC_JSQR寄存器的L[1：0]位中。（3）STM32内部的温度传感器和通道ADC_IN16相连接，内部参考电压VREFINT和ADC_IN17相连接，可以按注入或规则通道进行转换。嵌入式控制系统原理及设计5.6.2 STM32的ADC概述STM32 ADC支持4中工作模式，分别是：（1）单次转换模式，此时ADC只执行一次转换。（2）连续转换模式，此时当ADC完成一次转换后立即启动下一次转换。（3）扫描模式，此时ADC按顺序完成一组模拟通道的转换。（4）间断模式，分为规则通道模式和注入通道模式。嵌入式控制系统原理及设计5.6.3 ADC的寄存器寄存器名称寄存器描述ADC_SRADC状态寄存器ADC_CR1ADC控制寄存器1ADC_CR2ADC控制寄存器2ADC_SMPR1ADC采样时间寄存器1ADC_SMPR2ADC采样时间寄存器2ADC_JOFRx (x=1..4)ADC注入通道数据偏移寄存器xADC_HTRADC看门狗高阀值寄存器ADC_LRTADC看门狗低阀值寄存器ADC_SQR1ADC规则序列寄存器1ADC_SQR2ADC规则序列寄存器2ADC_SQR3ADC规则序列寄存器3ADC_JSQRADC注入序列寄存器ADC_JDRx (x= 1..4)ADC 注入数据寄存器xADC_DRADC规则数据寄存器嵌入式控制系统原理及设计5.6.5 ADC示例常见的ADC接口电路方框图如图所示：由于实际系统的信号带有噪声，因此考虑加入滤波器以提高信噪比，常见滤波器的频率特性如图所示；嵌入式控制系统原理及设计5.6.5 ADC示例常见的低通滤波器电路如图所示，不难推导该电路的输入输出关系为:??嵌入式控制系统原理及设计5.6.5 ADC示例值得注意的是：在实际系统中，ADC转换后的数据是有物理含义的。例如，传感器将0-100℃的温度转换成3.3V的电压，因此 ?