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1、P89LPC900在高精度模数转换场合的应用lijuan导语：本文结合P89LPC900的特点，介绍该单片机在高精度模数转换场合的应用。1概述PHILIPS的P89LPC900系列FLASH单片机局部型号提供了8位精度的AD转换器，为很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，经常需要将执行机构的情况反应给MCU，进而构成一个闭环系统，到达精细控制的目的。这一检测经过一般由各种传感器完成，在某些对本钱有高要求的场合，为了控制本钱，也常使用一些简单的分立元件替换数字传感器，通常送到MCU接口的都是一些经过处理的电压信号，内带ADC的芯片可以简化设计，并使本钱进一步降低
2、。一般来讲，8位的AD精度已经足以应对，但是在一些对精度要求比拟高的场合，可能会需要10位或更高精度，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的特点非常合适进展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知足的条件和需考前须知。使这种低本钱高精度的AD技术得以应用。2ADC过采样简单介绍2.1过采样经过使用特殊的信号处理技术可以用来进步测量的精度，在模数转换经过常用一种“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经过相当的复杂，但是应用却非常的简单，这个经
3、过一般分三步：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进步精度。采样要知足奈奎斯特定理，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ALIGN=CENTERf过采样=4f采样公式2-1过采样频率公式/ALIGN为了尽可能真实的重现输入信号，这么屡次的采样必需要有保证。下面以几个图简单的描叙一下过采样怎样进步精度。ALIGN=CENTER/ALIGN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，而进展过
4、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。这就是过采样的经过，要留意普通平均不会增加转换的精度，抽样或者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，越轻易选择低通滤波，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NN是希望增加的额外精度，进而比例化成正确的结果。右移一个二进制数一次即是除以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
5、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，就是常讲的白噪声或者热噪声，假如这个噪声可以引起ADC最小计量单位的变化，那么过采样技术就可以使用。假如噪声缺乏以引起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，在采样经过，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。总的来讲，对于有噪声的信号过采样实现经过如下：对信号进展4次的过采样n位额外精度位数；对各个值进展累加；右移n位，得到过采样值在过采样经过，在两个地方可能用到数字滤波，一个是过采样中每一
6、个采样值由假设干个8位AD值平均得到；另一个地方是取假设干个最终的过采样值进展处理得到。对于P89LPC900，个人比拟偏向于第二种方法，这与P89LPC900的特点有关。3P89LPC900合适进展ADC过采样的几个特点低功耗，对电源的影响非常小，得到的AD值稳定要得到一个准确的AD值，一般需要有一个稳定的基准源，但是LPC900本身功耗很低，每个功能模块所消耗的电流很稳定，只要在转换经过不进展大功耗模块的切换，并不进展大电流的输入输出，就可以得到一个非常稳定的AD值，而不需要额外的基准源。这个特点在需要测量高精度的电压变化的时候非常有用。AD转换速度快LPC900的ADC采用逐次逼近原理，
7、在3.3MHz的A/D时钟下，进展一次ADC最小仅需要3.9uS，在同样的时间损耗里可以获得更屡次的AD值，进步精度。AD模块自带特殊转换方式LPC900具有六种AD操纵形式，每个AD转换器有4个结果存放器。固定通道，单次转换固定通道，连续转换自动扫描，单次转换自动扫描，连续转换双通道，连续转换单步形式其中固定通道，连续转换可以在程序运行的同时对某个通道的模拟电压值进展转换，转换结果存放在4个结果存放器中，第5次以后转换结果分别覆盖前面4次结果，在内部本身就构成一个窗口移位存放器。任何时候读取结果存放器都能得到连续的4个AD值对后期处理提供了保证。4过采样条件及留意4.1使用P89LPC900
8、进展ADC过采样需要知足以下条件被测信号变化不能太快，根据奈奎斯特定律，要真实采样一个信号，采样频率至少要在被测信号频率的两倍以上，进展过采样也同样对采样周期有要求，以P89LPC935为例，3.3MHz的AD时钟下，一次8bit采样时间为3.9uS，要进展一次10bit精度的过采样需要采样16次，那么TAD=T8bit16=62.4uS也就是讲被测信号的变化周期应该在2TAD以上。被测信号在采样经过必须有噪声叠加，一个恒定不变的信号是不能知足过采样理论的，比方一个8bit采样结果为8FH的信号，进展10bit过采样，168FH=8F0H，进展2位的左移得到23CH，那么电压值为23CH/40
9、0H=0.55859375=8FH/100，精度并没有得到进步。这种情况需要人为产生噪声进展叠加，噪声要求参考上文2.2。4.2考前须知采样时建议进展一位冗余过采样，如需要10bit时进展11bit过采样。过采样结合平均值滤波使用，增加结果的稳定度。使用过采样一般对本钱有较高要求，那么电源本身可能有一定误差，建议在采样经过不要切换大功率模块，保证电源稳定。假如想获得准确的AD值，那么要使用足够高精度的电源作为基准源，但是假如需要的是各个测量值之间的关系，那么对电源没有过高的要求。一个没有经过特殊处理的系统一般是带有足够的噪声的。LPC900系列单片机的ADC过采样技术已经在健身器材、温度控制系统、超声清洗仪器以及电池充电器等多个领域得到广泛应用。参考文献：ALIGN=CENTER1（Stellaris？系列微控制器的ADC过采样技术）2（P89LPC935FLASH单片机使用指南）以上资料可以从ZLG官方网站下载。/ALIGN0