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Up-tech-2410s实验系统教案
2 A/D实验
电信学院 嵌入式技术与应用专业
1
提
纲
1 实验目的
2 实验内容
3 预备知识
4 实验设备
5 基础知识
6 实验思考
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实验目的
1．熟悉ARM本身自带的八路十位A/D控制器及相应
寄存器。
2．编程实现ARM系统的A/D功能。
3．掌握带有A/D的CPU编程实现A/D功能的主要方
法。
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实验内容
学习A/D接口原理，了解实现A/D系统对于系统
的软件和硬件要求。阅读ARM芯片文档，掌握
ARM的A/D相关寄存器的功能，熟悉ARM系统
硬件的A/D相关接口。利用外部模拟信号编程实
现ARM循环采集全部前3路通道，并且在超级终
端上显示。
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预备知识
 了解A/D采样的原理；
 了解采样频率的设置；
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实验设备
硬件：ARM嵌入式开发平台、PC机Pentium100以
上、用于ARM920T的JTAG仿真器、模拟电压信
号源。
软件：PC机操作系统Win2000或WinXP、ARM
ADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、超级
终端通讯程序。
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模/数转换
 我们经常遇到的物理参数，如电流、电压、温度、压力、
速度……电量或非电量都是模拟量。
 模拟量的大小是连续分布的，且经常也是时间上的连续
函数。
 要将模拟量转换成数字信号需经
采样——>量化——>编码
三个基本过程（数字化过程）
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采样
 按采样定理对模拟信号进行
等时间间隔采样，将得到的
0.5V  Q  格
7Q
U3
6Q
一系列时域上的样值去代替
5Q
u=f(t)，即用u0、u1、…un
4Q
U4
U7
U5
U2
U6
U=f(t)
U1
3Q
代替u=f(t)。
2Q
 这些样值在时间上是离散的
值，但在幅度上仍然是连续
U0
1Q
0
1T
2T
模拟量。
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3T
4T
5T
6T
t
量化
 在幅值上再用离散值来表示。方法是用一个量化因子Q去
度量；u0、u1、…，便得到整量化的数字量。
u0=2.4Q 2Q
010
u1=4.0Q 4Q
100
u2=5.2Q 5Q
101
u3=5.8Q 5Q
101
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编码
 将整量化后的数字量进行编码，以便读入和识别；
 编码仅是对数字量的一种处理方法。
 例如：Q=0.5V/格，设用三位（二进编码）
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分类
 按被转换的模拟量类型可分为：
 时间/数字
 电压/数字
 机械变量/数字
 电压/数字转换器：
 按转换方式可分为：直接转换、间接转换。
 按输出方式分可分为：并行、串行、串并行。
 按转换原理可分为：计数式、比较式。
 按转换速度可分为：低速、中速、高速。
 按转换精度和分辨率可分为：3位、4位、8位、10位、12位、14位、16位等。
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A/D转换的重要指标
1）分辨率(Resolution)：
分辨率反映A/D转换器对输入微小变化响应的能
力，通常用数字输出最低位(LSB)所对应的模拟输入
的电平值表示。n位A/D能反应1/2n满量程的模拟输
入电平。由于分辨率直接与转换器的位数有关，所
以一般也可简单地用数字量的位数来表示分辨率，
即n位二进制数，最低位所具有的权值，就是它的分
辨率。
值得注意的是，分辨率与精度是两个不同的概
念，不要把两者相混淆。即使分辨率很高，也可能
由于温度漂移、线性度等原因，而使其精度不够高。
2）精度(Accuracy)
精度有绝对精度(Absolute Accuracy)和相对精
度(Relative Accuracy)两种表示方法。
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A/D转换的重要指标
1) 绝对误差
在一个转换器中，对应于一个数字量的实际模拟输入电
压和理想的模拟输入电压之差并非是一个常数。我们把它
们之间的差的最大值，定义为“绝对误差”。通常以数字
量的最小有效位(LSB)的分数值来表示绝对误差，例如：
1LSB等。绝对误差包括量化误差和其它所有误差。
2) 相对误差
是指整个转换范围内，任一数字量所对应的模拟输入量
的实际值与理论值之差，用模拟电压满量程的百分比表示。
例如，满量程为10V，10位A/D芯片，若其绝对精度为
1/2LSB，则其最小有效位的量化单位：9.77mV，其绝对精
度为＝4.88mV，其相对精度为0.048%。
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A/D转换的重要指标
3）转换时间(Conversion Time)
转换时间是指完成一次A/D转换所需的时间，即由发出
启动转换命令信号到转换结束信号开始有效的时间间隔。
转换时间的倒数称为转换速率。例如AD570的转换时间
为25us，其转换速率为40KHz。
4）电源灵敏度(power supply sensitivity)
电源灵敏度是指A/D转换芯片的供电电源的电压发生变
化时，产生的转换误差。一般用电源电压变化1％时相当
的模拟量变化的百分数来表示。
5）量程
量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双
极性两种类型。
例如，单极性 量程为0～+5V，0～+10V，0～+20V；双
极性 量程为-5～+5V，-10～+10V。
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A/D转换的重要指标
6）输出逻辑电平
多数A/D转换器的输出逻辑电平与TTL电平兼容。
在考虑数字量输出与微处理的数据总线接口时，
应注意是否要三态逻辑输出，是否要对数据进
行锁存等。
7）工作温度范围
由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络
等产生影响，故只在一定的温度范围内才能保
证额定精度指标。一般A/D转换器的工作温度
范围为（0~700C），军用品的工作温度范围为
（-55~+1250C）。
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S3C2410 AD转换器
ARMS3C2410X芯片自带一个８路10位A/D转换
器，最大转换率为500K，非线性度为正负１.5位，
其转换时间可以通过下式计算：如果A/D使用的
时钟为50MHz，预定标器的值为49，那么：
A/D转换频率=50MHz(49+1)=1MHz
转换时间=1/（1MHz/5时钟周期）=1/200kHz=5us
注意：因为A/D转换器的最高时钟频率是
2.5MHz,所以转换速率可达500kSPS.
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A/D转换和触摸屏接口功能框图
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编程注意事项
 1. A/D转换的数据可以通过中断或查询的方式来
访问，如果是用中断方式，全部的转换时间（从
A/D转换的开始到数据读出）要更长，因为中断服
务程序返回和数据的访问的原因。如果是查询方
式则要检测ADCCON[15]（转换结束标志位）来确
定从ADCDAT寄存器读取的数据是否是最新的转换
数据。
 2． A/D转换开始的另一种方式是将ADCCON[1]置
为1，这时只要有读转换数据的信号，A/D转换就
会同步开始。
 与AD相关的寄存器主要是如下两个：
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A/D控制寄存器
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表3-28 A/D转换数据寄存器
Register Address R/W Description
Reset Value
ADCDAT0 0x5800000C R ADC conversion data register -
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A/D转换数据寄存器
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实验说明
设置A/D采样的时钟频率
A/D采样频率取决于ADCCON寄存器的PRSCVL的值。
PRSCVL的值可以采用下面公式计算：
PRSCVL = PCLK/freq -1;
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启动采样
 将ADCCON寄存器的BIT0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指定转
换通道。
 下面代码启动A/D转换：
rADCCON|=0x1;
//start ADC
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获取转换结果
 当A/D转换结束后，我们可以读取ADCDAT寄存器的内容。
 下面代码等待A/D转换，完毕后读取数据。
while(rADCCON & 0x1);//检查Enable start位是否为低
while(!(rADCCON & 0x8000));//检查ECFLG位是否为高
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实验思考
1．逐次逼近型的A/D转换器原理是什么？
2．A/D转换的重要指标包括哪些？
3．ARM的A/D功能的相关寄存器有哪几个，对应的地
址是什么？
4．如何启动ARM开始转换A/D，有几种方式？转换开
始时ARM是如何知道转换哪路通道的？如何判断转
换结束？
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