ARM的AD接口实验报告

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2024年7月14日发(作者：)

ARM的A/D接口实验

一、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。

二、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4 路通道，并且在超级终端上显示。

三、预备知识

1．用ADS1.2 集成开发环境，编写和调试程序的基本过程。

2．ARM 应用程序的框架结构。

3．能够自己完成在LCD 上显示指定参量。

四、实验设备及工具

硬件：ARM 嵌入式开发平台、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 机Pentium100 以上、

模拟电压信号源。

软件：PC 机操作系统win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成开发环

境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。

五、实验原理及说明

1．A/D 转换器

A/D 转换器是模拟信号源和CPU 之间联系的接口，它的任务是将连续变化的模拟信号转

换为数字信号，以便计算机和数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采

集及许多其他领域中，A/D 转换是不可缺少的。

A/D 转换器有以下类型：逐位比较型、积分型、计数型、并行比较型、电压－频率型，

主要应根据使用场合的具体要求，按照转换速度、精度、价格、功能以及接口条件等因素来

决定选择何种类型。常用的有以下两种：

1）双积分型的A/D 转换器

双积分式也称二重积分式，其实质是测量和比较两个积分的时间，一个是对模拟输入电

压积分的时间T0，此时间往往是固定的；另一个是以充电后的电压为初值，对参考电源Vref

反向积分，积分电容被放电至零所需的时间T1。模拟输入电压Vi 与参考电压VRef 之比，等

于上述两个时间之比。由于VRef 、T0 固定，而放电时间T1 可以测出，因而可计算出模拟

输入电压的大小(VRef 与Vi 符号相反)。由于T0、VRef 为已知的固定常数，因此反向积分

时间T1 与输入模拟电压Vi 在T0 时间内的平均值成正比。输入电压Vi 愈高，VA 愈大，T1 就

愈长。在T1 开始时刻，控制逻辑同时打开计数器的控制门开始计数，直到积分器恢复到零

电平时，计数停止。则计数器所计出的数字即正比于输入电压Vi 在T0 时间内的平均值，于

是完成了一次A/D 转换。由于双积分型A/D 转换是测量输入电压Vi 在T。时间内的平均值，

所以对常态干扰(串模干扰)有很强的抑制作用，尤其对正负波形对称的干扰信号，抑制效果

更好。双积分型的A/D 转换器电路简单，抗干扰能力强，精度高，这是突出的优点。但转换

速度比较慢，常用的A/D 转换芯片的转换时间为毫秒级。例如12 位的积分型A/D 芯片

ADCETl2BC，其转换时间为lms。因此适用于模拟信号变化缓慢，采样速率要求较低，而对精

度要求较高，或现场干扰较严重的场合。例如在数字电压表中常被采用。

2）逐次逼近型的A/D 转换器

逐次逼近型(也称逐位比较式)的A/D 转换器，应用比积分型更为广泛，其原理框图如图

2-17 所示，主要由逐次逼近寄存器SAR、D/A 转换器、比较器以及时序和控制逻辑等部分组

成。它的实质是逐次把设定的SAR 寄存器中的数字量经D/A 转换后得到电压Vc 与待转换模

拟电压V。进行比较。比较时，先从SAR 的最高位开始，逐次确定各位的数码应是“1”还是

“0”，其工作过程如下：

转换前，先将SAR 寄存器各位清零。转换开始时，控制逻辑电路先设定SAR 寄存器的最

高位为“1”，其余位为“0”，此试探值经D/A 转换成电压Vc，然后将Vc 与模拟输入电压

Vx比较。如果Vx≥Vc，说明SAR 最高位的“1”应予保留；如果Vx

零。然后再对SAR 寄存器的次高位置“1”，依上述方法进行D/A 转换和比较。如此重复上

述过程，直至确定SAR 寄存器的最低位为止。过程结束后，状态线改变状态，表明已完成一

次转换。最后，逐次逼近寄存器SAR 中的内容就是与输入模拟量V 相对应的二进制数字量。

显然A/D 转换器的位数N 决定于SAR 的位数和D/A 的位数。图2-17(b)表示四位A/D 转换器

的逐次逼近过程。转换结果能否准确逼近模拟信号，主要取决于SAR 和D/A 的位数。位数越

多，越能准确逼近模拟量，但转换所需的时间也越长。

逐次逼近式的A/D 转换器的主要特点是：

转换速度较快，在1—100/μs 以内，分辨率可以达18 位，特别适用于工业控制系统。转换

时间固定，不随输入信号的变化而变化。抗干扰能力相对积分型的差。例如，对模拟输入信

号采样过程中，若在采样时刻有一个干扰脉冲迭加在模拟信号上，则采样时，包括干扰信号

在内，都被采样和转换为数字量，这就会造成较大的误差，所以有必要采取适当的滤波措施。

图2-17 逐次逼近式A/D 转换原理图

2．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

n

应的模拟输入的电平值表示。n 位A/D 能反应1/2 满量程的模拟输入电平。由于分辨率直

本文标签： 转换输入电压控制数字