第7章AD、DA、CMP和TSI模块
22页1、第7章A/D、D/A、CMP和TSI模块本章导读:作为工业控制及测量最主要的模块之一,*H/数转换(ADC及数/模转换(DAC)的是嵌入式系统应用的基本内容之一。比较器CMP也是嵌入式应用系统中基本的控制逻辑之一。触摸感应接口TSI作为一种新型的人机交互手段,已应用于越来越多的嵌入式系统。本章主要知识点有A/D转换的基本知识及一般编程模型;D/A转换的基本知识及一般编程模型;比较器CMP模块的基本知识及一般编程模型;TSI模块的基本知识及一般编程模型。7. 116位A/D转换模块的驱动构件设计在过程控制和仪器仪表中,多数情况下是由嵌入式计算机进行实时控制及实时数据处理的。计算机所加工的信息是数字量,而被测控对象往往是一些连续变化的模拟量(如温度、压力、速度或流量等)。模/数(Analog/Digital,A/D)转换模块是嵌入式计算机与外界连接的纽带,是大部分嵌入式应用中必不可少的重要组成部分,该部分的性能直接影响到嵌入式设备的总体性能。本节首先简要阐述A/D转换的基础知识,接着给出K60MCU内部A/D转换模块的基本编程方法,并封装了A/D转换构件,可供实际开发参考使用。7.1.1A
2、/D转换的基础知识A/D转换模块(AnalogToDigitalConvertModule)即模/数转换模块,其功能是将电压信号转换为相应的数字信号。数字控制系统如图7-1所示。实际应用中,该电压信号可能由温度、湿度、压力等实际物理量经过传感器和相应的变换电路转化而来。经过A/D转换后,MCU就可以处理这些物理量。进行A/D转换,应该了解以下一些基本问题:第一,采样精度是多少;第二,采样速率有多快;第三,滤波问题;第四,物理量回归等。图7-1数字控制系统框图1 .采样精度采样精度就是指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量,即采样位数。通常,MCU的采样位数为8位,某些增强型的可达到10位,而专用的A/D采样芯片则可达到12位、14位,甚至16位。设采样位数为N,则最小的能检测到的模拟量变化值为1/2n。例如,以K60为例,其采样精度最高为16位,若参考电压为3.3V,则检测到的模拟量最小变化为3.3/216=0.05mV。2 .米样速率采样速率是指完成一次A/D采样所要花费的时间。在多数的MCU中要花费几个到几十个指令周期,因而此速率和所选器件的工作频率有很大关系。3 .滤波为了使采
3、样的数据更准确,必须对采样的数据进行筛选,去掉误差较大的毛刺。通常采用中值滤波法和均值滤波法来提高采样精度。所谓中值滤波,就是将M次连续采样值按大小进行排序,取中间值作为滤波输出。而均值滤波,是把N次采样结果值相加,然后除以采样次数N,得到的平均值就是滤波结果。若要得到更高的精度,可以通过建立其他误差模型分析方式来实现。4 .物理量回归在实际应用中,得到稳定的A/D采样值以后,还需要把A/D采样值与实际物理量对应起来,这一步称为物理量回归。A/D转换的目的是把模拟信号转化为数字信号,供计算机进行处理,但必须知道A/D转换后的数值所代表的实际物理量的值,这样才有实际意义。例如,利用MCU采集室内温度,A/D转换后的数值是126,实际它代表多高温度呢?如果当前室内温度是25.IV,则A/D值126就代表实际温度25.C。7.1.2 A/D转换常用传感器简介传感器是指把物理量或化学量转变成电信号的器件,它是实现测试与自动控制系统的首要环节。例如,电子计价秤中所安装的称重传感器,是电子计价秤的重要部件,它担负着将重量转换成电信号的任务,该电信号被放大器放大并经A/D转换后,由显示器件给出称重信
4、息。如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的测量,无论是信号转换或信息处理都将无法实现。传感器的种类可分为力、热、湿、气、磁、光、电等。各种传感器都是根据相关材料在不同环境下会表现出不同的物理特性研制而成的。下面介绍一些简单的传感器。1 .温度传感器温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度有关的特性制成的,这些特性包括热膨胀、电阻、电容、磁性、热电势、热噪声、弹性及光学特征,根据制造材料将其分为热敏电阻传感器、半导体热电偶传感器、PX结温度传感器和集成温度传感器等类型。热敏电阻传感器是一种比较简单的温度传感器,其最基本电气特性是随着温度的变化自身阻值也随之变化。图7-2(a)是XTC热敏电阻。(a) NTC热敏电阻(b)热敏电阻的简单采样电路图7-2热敏电阻及其采样电路在实际应用中,将热敏电阻接入图7-2(b)的采样电路中,热敏电阻和一个特定阻值的电阻串联,由于热敏电阻会随着环境温度的变化而化,因此A/D采样点的电压也会随之变化,A/D采样点的电压式中,X是一特定阻值,根据实际热敏电阻的不同而加以选定。假如热敏电阻阻值增大,采样点的电压就会减小,A/D值也相应减小;反之,热敏电阻阻值
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