Stellaris™系列微控制器的ADC過(guò)采樣技術(shù)（二）

時(shí)間：2012-06-29 10:49:24

關(guān)鍵字： ADC 微控制器過(guò)采樣技術(shù) STELLARIS

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[導(dǎo)讀] 例1 利用驅(qū)動(dòng)庫(kù)函數(shù)的8x過(guò)采樣代碼段1.a ADC配置－驅(qū)動(dòng)庫(kù)函數(shù)// // 初始化ADC，使用定序器0對(duì)通道1進(jìn)行8x過(guò)采樣// 定序器將被其中一個(gè)通用定時(shí)器觸發(fā)// ADCSequenceConfigure(ADC_BASE, 0, ADC_TRIGGER_TIMER, 0);

例1 利用驅(qū)動(dòng)庫(kù)函數(shù)的8x過(guò)采樣

代碼段1.a ADC配置－驅(qū)動(dòng)庫(kù)函數(shù)

// 初始化ADC，使用定序器0對(duì)通道1進(jìn)行8x過(guò)采樣

// 定序器將被其中一個(gè)通用定時(shí)器觸發(fā)

ADCSequenceConfigure(ADC_BASE, 0, ADC_TRIGGER_TIMER, 0);

ADCSoftwareOversampleConfigure(ADC_BASE, 0, 8);

ADCSoftwareOversampleStepConfigure(ADC_BASE, 0, 0, (ADC_CTL_CH1

| ADC_CTL_IE | ADC_CTL_END));

// 初始化定時(shí)器0，每隔10ms觸發(fā)一次ADC轉(zhuǎn)換

TimerConfigure(TIMER0_BASE, TIMER_CFG_32_BIT_PER);

TimerLoadSet(TIMER0_BASE, TIMER_A, SysCtlClockGet() / 100);

TimerControlTrigger(TIMER0_BASE, TIMER_A, true);

代碼段1.a的ADC配置表示在采樣完成時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷，這樣就必須具有中斷處理程序（見(jiàn)代碼段1.b）。驅(qū)動(dòng)庫(kù)的過(guò)采樣函數(shù)自動(dòng)將采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，因此，中斷處理函數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)也是很基礎(chǔ)的。但要記?。阂獙⒚看沃袛嘀杏?jì)算的平均值和計(jì)算的開(kāi)銷(xiāo)提供給中斷處理程序。

代碼段1.b ADC中斷處理程序

void

ADCIntHandler(void)

{

long lStatus;

// 清除ADC中斷

ADCIntClear(ADC_BASE, 0);

// 獲得ADC的平均數(shù)據(jù)

lStatus = ADCSoftwareOversampleDataGet(ADC_BASE, 0, &g_ulAverage);

// 占位符，供ADC處理數(shù)據(jù)

}

在將配置步驟和中斷處理程序放在適當(dāng)位置后，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換處理。定時(shí)器打開(kāi)（開(kāi)始計(jì)數(shù)）之前，ADC定序器和中斷必須使能（見(jiàn)代碼段1.c）。

代碼段1.c 使能ADC和中斷

// 使能ADC定序器0及其中斷 (在ADC和NVIC中)

ADCSequenceEnable(ADC_BASE, 0);

ADCIntEnable(ADC_BASE, 0);

IntEnable(INT_ADC0);

//使能定時(shí)器并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換處理

TimerEnable(TIMER0_BASE, TIMER_A);

使用多個(gè)定序器或一個(gè)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)大于8倍的過(guò)采樣

驅(qū)動(dòng)庫(kù)的過(guò)采樣函數(shù)最大只能進(jìn)行8倍過(guò)采樣（根據(jù)采樣定序器的硬件限制），因此需要更大過(guò)采樣因子的應(yīng)用必須使用其它的實(shí)現(xiàn)。本小節(jié)將描述如何使用下面的兩種方法：在過(guò)采樣頻率下運(yùn)行的多個(gè)采樣定序器和一個(gè)定時(shí)器來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

例2：使用多個(gè)采樣定序器的16x過(guò)采樣

采樣定序器的靈活性允許對(duì)其進(jìn)行多種配置。將采樣定序器0-2累積起來(lái)可獲得16個(gè)采樣（8+4+4），因此使用采樣定序器0-2可實(shí)現(xiàn)16倍過(guò)采樣。為使該級(jí)別的過(guò)采樣能夠工作，定序器中的所有階段必須設(shè)置為對(duì)相同的模擬輸入進(jìn)行采樣，這意味著丟棄了使用一個(gè)定序器采樣多個(gè)輸入的功能。

代碼段2.a使用定序器0-2配置一個(gè)10ms的周期轉(zhuǎn)換。使用一個(gè)定時(shí)器觸發(fā)就可啟動(dòng)所有3個(gè)定序器的采樣操作，而無(wú)需復(fù)雜的觸發(fā)配置。為獲得所需的結(jié)果，要對(duì)采樣定序器的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行配置，這樣，采樣定序器2的優(yōu)先級(jí)最低（即它最后采樣），并且在采樣定序器2的最后一步之后，配置為發(fā)出一個(gè)“轉(zhuǎn)換結(jié)束”中斷。

代碼段2.a ADC配置－多個(gè)采樣定序器

// 初始化ADC，以便使用定序器0-2對(duì)通道1進(jìn)行16x過(guò)采樣

// 轉(zhuǎn)換操作通過(guò)GPTM觸發(fā)

ADCSequenceConfigure(ADC_BASE, 0, ADC_TRIGGER_TIMER, 0);

ADCSequenceConfigure(ADC_BASE, 1, ADC_TRIGGER_TIMER, 1);

ADCSequenceConfigure(ADC_BASE, 2, ADC_TRIGGER_TIMER, 2);

// 配置定序器0的序列步驟（sequence step）

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 0, 0, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 0, 1, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 0, 2, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 0, 3, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 0, 4, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 0, 5, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 0, 6, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 0, 7, (ADC_CTL_CH1 | ADC_CTL_END));

//配置定序器1的序列步驟

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 1, 0, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 1, 1, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 1, 2, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 1, 3, (ADC_CTL_CH1 | ADC_CTL_END));

//配置定序器2的序列步驟

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 2, 0, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 2, 1, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 2, 2, ADC_CTL_CH1);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 2, 3, (ADC_CTL_CH1 | ADC_CTL_IE

| ADC_CTL_END));

// 初始化定時(shí)器0，每隔10ms觸發(fā)一次ADC轉(zhuǎn)換

TimerConfigure(TIMER0_BASE, TIMER_CFG_32_BIT_PER);

TimerLoadSet(TIMER0_BASE, TIMER_A, SysCtlClockGet() / 100);

TimerControlTrigger(TIMER0_BASE, TIMER_A, true);

在代碼段2.b中，中斷處理程序必須收集FIFO的數(shù)據(jù)并進(jìn)行平均計(jì)算。因?yàn)椴恍枰幚砗瘮?shù)開(kāi)銷(xiāo)就可以獲得所需的結(jié)果，所以不使用ADCSequenceDataGet函數(shù)，并且使用直接的寄存器讀操作來(lái)清空定序器的FIFO。而使用ADCSequenceDataGet時(shí)，要求函數(shù)定義一個(gè)額外的8入口采樣緩沖區(qū)，即使使用直接的寄存器讀操作，中斷處理程序中執(zhí)行的總和計(jì)算和平均計(jì)算仍然會(huì)有可計(jì)算的開(kāi)銷(xiāo)。

代碼段2.b ADC中斷處理程序

void

ADCIntHandler(void)

{

unsigned long ulIdx;

unsigned long ulSum = 0;

// 清除中斷

ADCIntClear(ADC_BASE, 2);

// 獲得來(lái)自定序器0的數(shù)據(jù)

for(ulIdx = 8; ulIdx; ulIdx--)

{

ulSum += HWREG(ADC_BASE + ADC_O_SSFIFO0);

}

// 獲得來(lái)自定序器1和2的數(shù)據(jù)

for(ulIdx = 4; ulIdx; ulIdx--)

{

ulSum += HWREG(ADC_BASE + ADC_O_SSFIFO1);

ulSum += HWREG(ADC_BASE + ADC_O_SSFIFO2);

}

// 將過(guò)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均

g_ulAverage = ulSum >> 4;

// 占位符，以便ADC處理代碼

}

在啟動(dòng)轉(zhuǎn)換處理之前，將采樣定序器和中斷使能（見(jiàn)代碼段2.c）。

代碼段2.c 使能ADC和中斷

// 使能定序器和中斷

ADCSequenceEnable(ADC_BASE, 0);

ADCSequenceEnable(ADC_BASE, 1);

ADCSequenceEnable(ADC_BASE, 2);

ADCIntEnable(ADC_BASE, 2);

IntEnable(INT_ADC2);

// 使能定時(shí)器并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換處理

TimerEnable(TIMER0_BASE, TIMER_A);

例3 使用在f_OS下運(yùn)行的定時(shí)器進(jìn)行16x過(guò)采樣

另一個(gè)實(shí)現(xiàn)16x過(guò)采樣的方法（無(wú)需消耗ADC定序器的大部分資源）是使用一個(gè)在過(guò)采樣頻率下運(yùn)行的周期定時(shí)器。例如，如果轉(zhuǎn)換處理每10ms必須返回到主應(yīng)用程序并且即將進(jìn)行16倍過(guò)采樣，則能夠?qū)⒍〞r(shí)器配置為每625µs獲得一個(gè)采樣值。讓定時(shí)器在過(guò)采樣頻率下觸發(fā)一次轉(zhuǎn)換明顯地產(chǎn)生了額外的ADC中斷，這必須在應(yīng)用程序中說(shuō)明。

將ADC和定時(shí)器配置為執(zhí)行上述操作的代碼見(jiàn)代碼段3.a。

代碼段3.a ADC配置－在f_OS下運(yùn)行的定時(shí)器

// 初始化ADC，以便在檢測(cè)到一次觸發(fā)時(shí)在通道1、定序器3上獲得一個(gè)采樣值。

ADCSequenceConfigure(ADC_BASE, 3, ADC_TRIGGER_TIMER, 0);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 3, 0, (ADC_CTL_CH1 | ADC_CTL_IE

| ADC_CTL_END));

//初始化定時(shí)器0，每625µs觸發(fā)一次ADC轉(zhuǎn)換

TimerConfigure(TIMER0_BASE, TIMER_CFG_32_BIT_PER);

TimerLoadSet(TIMER0_BASE, TIMER_A, SysCtlClockGet() / 1600);

TimerControlTrigger(TIMER0_BASE, TIMER_A, true);

既然ADC在過(guò)采樣頻率下進(jìn)行采樣操作，中斷處理程序必須知道已獲得的采樣數(shù)以及總和（見(jiàn)代碼段3.b）。在累積了16次轉(zhuǎn)換后，將這16個(gè)采樣值進(jìn)行平均，并清除全局采樣計(jì)數(shù)變量和總和變量。

代碼段3.b ADC中斷處理程序

void

ADCIntHandler(void)

{

// 清除中斷

ADCIntClear(ADC_BASE, 3);

// 將新的采樣值加到全局總和中

g_ulSum += HWREG(ADC_BASE + ADC_O_SSFIFO3);

// g_ucOversampleCnt加1

g_ucOversampleCnt++;

// 如果累積了16個(gè)采樣值，則將它們平均并將全局變量復(fù)位

if(g_ucOversampleCnt == 16)

{

g_ulAverage = g_ulSum >> 4;

g_ucOversampleCnt = 0;

g_ulSum = 0;

}

// 占位符，以便ADC處理代碼

}

最后，在使能定時(shí)器之前，將定序器3及其中斷使能，并清除全局計(jì)數(shù)器和總和變量（見(jiàn)代碼段3.c）。

代碼段3.c 使能ADC、中斷并清除全局變量

// 使能定序器和中斷

ADCSequenceEnable(ADC_BASE, 3);

ADCIntEnable(ADC_BASE, 3);

IntEnable(INT_ADC3);

// 將過(guò)采樣計(jì)數(shù)器和總和變量清零

g_ucOversampleCnt = 0;

g_ulSum = 0;

// 使能定時(shí)器并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換處理

TimerEnable(TIMER0_BASE, TIMER_A);

使用滑動(dòng)平均進(jìn)行過(guò)采樣

當(dāng)采樣頻率接近ADC的最大采樣率時(shí)，滑動(dòng)平均非常有用?；瑒?dòng)平均應(yīng)用中的主要元件是采樣緩沖區(qū)，它在每次轉(zhuǎn)換完成時(shí)減去/加上數(shù)據(jù)。

例4將ADC配置為每隔100µs進(jìn)行一次采樣，采樣緩沖區(qū)含有16個(gè)入口。注意：應(yīng)用程序不向采樣緩沖區(qū)預(yù)先填充有效的數(shù)據(jù)，這樣，前16個(gè)采樣值必須相應(yīng)地由軟件來(lái)處理。ADC配置為在定時(shí)器觸發(fā)時(shí)采樣，并在每次轉(zhuǎn)換之后將處理器中斷。

例4 使用滑動(dòng)平均每100µs過(guò)采樣

代碼段4.a ADC配置－滑動(dòng)平均

// 初始化ADC，以便在檢測(cè)到觸發(fā)時(shí)在通道1、定時(shí)器3上獲得一個(gè)采樣值。

ADCSequenceConfigure(ADC_BASE, 3, ADC_TRIGGER_TIMER, 0);

ADCSequenceStepConfigure(ADC_BASE, 3, 0, (ADC_CTL_CH1 | ADC_CTL_IE

| ADC_CTL_END));

// 初始化定時(shí)器0，每100µs觸發(fā)一次ADC轉(zhuǎn)換

TimerConfigure(TIMER0_BASE, TIMER_CFG_32_BIT_PER);

TimerLoadSet(TIMER0_BASE, TIMER_A, SysCtlClockGet() / 10000);

TimerControlTrigger(TIMER0_BASE, TIMER_A, true);

中斷處理程序必須更新采樣緩沖區(qū)并進(jìn)行平均計(jì)算（見(jiàn)代碼段4.b）。在每次ADC中斷時(shí)，去掉采樣緩沖區(qū)中的最后一個(gè)元素，緩沖區(qū)中剩下的數(shù)據(jù)移動(dòng)一個(gè)位置。然后，在計(jì)算平均值之前將新的轉(zhuǎn)換結(jié)果放在采樣緩沖區(qū)的開(kāi)始處。中斷處理程序中執(zhí)行的額外計(jì)算又一次增加了開(kāi)銷(xiāo)，這一點(diǎn)必須要考慮到。

代碼段4.b ADC中斷處理程序

void

ADCIntHandler(void)

{

// 清除中斷

ADCIntClear(ADC_BASE, 3);

// 檢查g_ucOversampleIdx，確保它的值在范圍內(nèi)

if(g_ucOversampleIdx == 16)

{

g_ucOversampleIdx = 0;

}

// 從全局總和中減去最早的值

g_ulSum -= g_ulSampleBuffer[g_ucOversampleIdx];

// 用新的采樣值代替最早的值

g_ulSampleBuffer[g_ucOversampleIdx] = HWREG(ADC_BASE + ADC_O_SSFIFO3);

// 將新的采樣值加到總和中

g_ulSum += g_ulSampleBuffer[g_ucOversampleIdx];

// g_ucOversampleIdx加1

g_ucOversampleIdx++;

// 從采樣緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)中獲得平均值

g_ulAverage = g_ulSum >> 4;

// 占位符，供ADC處理代碼

}

在啟動(dòng)定時(shí)器之前，使能定時(shí)器及其中斷（見(jiàn)代碼段4.c）。

代碼段4.c 使能ADC和中斷

// 使能定序器和中斷

ADCSequenceEnable(ADC_BASE, 3);

ADCIntEnable(ADC_BASE, 3);

IntEnable(INT_ADC3);

// 使能定時(shí)器并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換處理

TimerEnable(TIMER0_BASE, TIMER_A);

需考慮的問(wèn)題

本文檔中描述的過(guò)采樣技術(shù)需要額外的代碼來(lái)執(zhí)行平均計(jì)算，附加中斷，和/或大部分采樣定序器資源，因此它在整個(gè)系統(tǒng)性能上有一個(gè)顯著的影響。在選擇最適合應(yīng)用的技術(shù)時(shí)，需在增加的中斷和龐大的中斷處理程序之間進(jìn)行權(quán)衡。

結(jié)論

Luminary Micro的采樣定序器結(jié)構(gòu)為過(guò)采樣技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了大量的選項(xiàng)。當(dāng)與軟件平均技術(shù)相結(jié)合時(shí)，該結(jié)構(gòu)能夠使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員有效地在采樣頻率、系統(tǒng)性能和采樣解決方案之間進(jìn)行權(quán)衡。