P89LPC900在高精度模数转换场合的应用-周立功单片机.PDFVIP

广州周立功单片机发展有限公司 Tel ：(020 Fax http：// P89LPC900在高精度模数转换场合的应用 1 概述 PHILIPS 的P89LPC900 系列FLASH 单片机部分型号提供了8 位精度的AD 转换器，为 许多控制系统带来方便，诸如温度控制、运动控制等，在MCU 发出控制指令后，常常需要 将执行机构的情况反馈给MCU ，从而构成一个闭环系统，达到精细控制的目的。这一检测 过程一般由各种传感器完成，在某些对成本有高要求的场合，为了控制成本，也常使用一些 简单的分立元件替代数字传感器，通常送到MCU 接口的都是一些经过处理的电压信号，内 带ADC 的芯片能够简化设计，并使成本进一步降低。一般来说，8 位的AD 精度已经足以 应对，但是在一些对精度要求比较高的场合，可能会需要 10 位或者更高精度，细心的用户 通过仔细研究P89LPC900 单片机的特点，发现P89LPC900 系列单片机ADC 的特点非常适 合进行ADC 过采样，本文正是结合P89LPC900 的特点，介绍该单片机在高精度模数转换场 合的应用，以及使用过采样技术需要满足的条件和需注意事项。使这种低成本高精度的AD 技术得以应用。 2 ADC过采样简单介绍 2.1 过采样过程 使用特殊的信号处理技术可以用来提高测量的精度，在模数转换过程常用一种“过采样 和抽取”的方式来得到较高的精度，“过采样和抽取”的理论推导过程相当的复杂，但是应 用却非常的简单，这个过程一般分三步：第一步、高速（相对于输入信号）采样模拟信号； 第二步、数字低通滤波；第三步、抽取数字序列。第二步是为了降低每次采样值的波动，并 不增加精度，只有过采样和抽取才能相应的提高精度。采样要满足奈奎斯特定理，这个本文 就不再累叙，过采样技术需要大量的采样，每增加一位精度就要过采样4 倍。过采样频率与 采样频率的关系如下式 n f 过采样 = 4 f 采样 公式2-1 过采样频率公式 为了尽可能真实的重现输入信号，这么多次的采样必须要有保证。下面以几个图简单的描叙 一下过采样如何提高精度。 图2.1 过采样过程图解 从图2.1 中a 可以看出8 位精度的测量值可能存在0.5 的误差，而进行过采样、抽取之 后如图2.1 中c，得到的值准确的重现了输入信号。这就是过采样的过程，要注意普通平均 - 1 - 广州周立功单片机发展有限公司 Tel ：(020 Fax http：// 不会增加转换的精度，抽样或插值方法和过采样一起使用，才能增加精度。数字信号处理过 采样和信号低通滤波经常看成是插值。这时，插值用来产生在大量采样后的新采样结果。越 多的平均采样数，越容易选择低通滤波，插值结果越好。额外的 M 次采样，象普通平均那 样累加起来，但是结果不象普通平均那样除以M。而是结果右移N （N 是希望增加的额外精 度），从而比例化成正确的结果。右移一个二进制数一次等于除以2，。如公式2-1，精度从 8 位增加到 10 位需要总共 16 次8 位的采样。这 16 次8 位结果产生一个 12 位计算结果， 其中最后两位是无用的，右移后成为10 位结果。 2.2 过采样条件 在正常情况下信号都有一定的噪声，就是常说的白噪声或热噪声，如果这个噪声能够引 起ADC 最小计量单位的变化，那么过采样技术就可以使用。 如果噪声不足以引起ADC 变化，对于结果是没有任何影响的，这个时候就需要我们人 为的引入噪声，引入的噪声一般叫“抖动信号”，它的振幅要足以引起 ADC 的变化，一般 需要在0.5 个 LSB 以上，在采样过程，它的成分应该保持一定，另外噪声的周期不能超过 采样周期。 总的来说，对于有噪声的信号过采样实现过程如下： 对信号进行4n次的过采样（n位额外精度位数）； 对各个值进行累加； 右移n位，得到过采样值 在过采样过程，在两个地方可能用到数字滤波，一个是过采样中每一个采样值由若干个