实验2.6模数转换

实验2.6模数转换(ADC)实验

⏹实验目的

●学习模数转换的原理，了解其应用方向；

●学习模数转换芯片TLV0832的原理及使用；

●学习掌握ICETEK-DM6437-A板扩展ADC功能的原理和具体实现方式；

●学习并掌握模数转换的程序设计。

⏹实验设备

●PC一台，安装WindowsXP或以上版本操作系统；安装ICETEK-DM6437-A所需实验

和开发环境。

●ICETEK-DM6437-A实验箱一台。如选择脱离实验箱测试，则配备ICETEK-XDS100v2+

仿真器和ICETEK-DM6437-A，+5V电源一只，ICETEK-SG-A信号源一台及相关线缆电

源。

●标准USB A口转Mini口电缆一条。

●示波器一台(20M或以上)。

⏹实验原理

通用计算机(包括单片机、DSP等)采用数字电路，其输入和输出的信号都是数字量，即高电压和低电压代表的1和0信号。但物理世界中存在的事物并不是按这种方式存在的，现实世界中的电信号也不一定与计算机的电平相同。我们管现实世界存在的信号(转化为电信号后)为模拟量，而计算机用的输入输出信号量叫数字量。那么就存在个问题：如何让我们要解决的物理世界中的各种信号输入到计算机(输入模拟量)，计算机通过运算得到的解决方案再通过一定方式能影响到现实世界中的事物(输出模拟量)呢？

计算机输入外部信号的过程叫做信号采集，对于模拟量，使用专门的电路，将被采集的模拟量变换成计算机可以识别的数据，进行分时多次采集后输入计算机系统，我们管这种方式叫做信号的数字化，由于这个采集工作并非连续进行，而是要间隔一段时间(由于电路转换需要一定时间才能完成，在转换完成过程中的信号则无法转换而被舍弃)，所以又称被测信号的离散化。

●模数转换

对于将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程，称之为模数转换(ADC)，实现这一转换的电子电路称为模数转换器(ADC转换器，Analog-to-Digital Converter)。

●模数转换用途

通过将实际模拟信号转换成数字信号，对于计算机来说实现了信号采集工作环节，这些信号能被计算机加以利用，进行快速数学解析运算后得到计算结果，以便进行智能决策。

模数转换一般应用在视频采集、音频采集、气象信息采集、针对各种对象的传感器。比如：电话拾音器、数字温度计、数字示波器、摄像头、电子秤、心电图仪器、CT扫描，等等等等运用非常广泛。

模数转换最常见的例子就是电视摄像了，我们使用摄像机将现实世界的连续画面进行拍摄(采样)，得到的影像转换成数字信息，经过压缩、音视频合成，之后通过互联网进行传递，到了用户端再用一种能将数字信号恢复回模拟信号的装置(机顶盒)，解码数据后送电视进行显示。视频信号是连续变化的，而我们在摄像时，一般采用

25帧每秒或30帧每秒的速度进行快速摄影，这就是对信号的离散化，这种离散化由于人眼的视觉暂留现象是可行的。

TLV0832

在ICETEK-DM6437-A评估板上，使用TLV0832芯片来实现ADC功能。

TLV0832可以将收到的模拟电压信号(0～3.3V范

围)进行定时采集，采集速率(AD转换时间)最短为13.3

微秒，可以转换两路模拟信号输入(分时转换)，转换

后生成的数字量为8位二进制数精度，通过串行通讯

可将结果传送给上位机处理。其接口管脚定义如右图。

其中，CH0和CH1连接两路独立的模拟信号通道，这些信号电压范围限定在0V～3.3V之间，CS、CLK、DO、DI为数字串行控制信号，控制ADC转换的通道、何时开

始转换，转换结束后也通过这一接口将结果传送给DSP。

TLV0832与DM6437的接口比较简单，请参看下面的接口示意图。

图中左侧矩形框代表DSP，右侧矩形框是TLV0832。DSP的McBSP0接口的4根信号线直接连接到TLV0832的4路信号，这其中DSP的FSX0提供TLV0832的片选信号，也是转换使能信号，DSP的CLKX0输出提供TLV0832时钟信号，DSP的DX0接TLV0832的数据输入信号DI，DSP的DR0接TLV0832的数据输出信号DO。

ICETEK-DM6437-A使用McBSP多通道同步串行接口的部分管脚，接口TLV0832的串口接口，FSX0输出的信号选通TLV0832进行通信控制，并且可以启动模数转换；CLKX0的时钟信号，可以设置成600KHz频率，TLV0832使用它来接收控制信息、发送转换结果数据，并且同步内部转换电路，模数转换耗时8个时钟周期完成；DI可使用串行数据格式接收8位控制指令；DO也使用串行编码发送两个通道的转换结果(2个8位二进制数据，合起来是16bit数据)。外部的模拟电压信号，限定电压范围在0～3.3V之间，直接接到TLV0832的CH0和CH1管脚，在ICETEK-DM6437-A板上，这两

路信号对应扩展插座P2-Pin5(CH0)和P2-Pin6(CH1)。在ICETEK实验箱底板上，对应ADCIN2和ADCIN3两个插座及旁边的同名测试点，供输入信号和测量使用。

TLV0832在给定CLK频率后，转换时间为8个时钟周期，通过串口控制和读取转换结果的时序见下图。

其中，在CS信号使能后的3个时钟周期，通过DI信号给出的是通道选择信号，这三个信号如果是110则对CH0通道的电压采样，如果是111则对CH1采样。采样开始于第4个时钟周期，到第11个时钟周期结束，在第5个时钟周期开始，DO信号输出转换结果的8位数据，到第12个时钟周期时输出完毕，从第13个时钟周期开始倒序输出各转换结果位作为校验。

我们在进行串口编程时，设定串口每次发送和接收16bit数据，即在CS有效期间给出16个时钟脉冲，首先通过串口发送高3位是110的数据给TLV0832，在数据传输完毕后，检测接收到的数据，在接收到的数据后面有4位是校验数据，因此我们将校验数据移除后即得到CH0通道的转换数据。则实际TLV0832每次的转换时间为16个时钟长度，假定时钟给定为386.7KHz，实际转换频率最大为386.7KHz/16≈24KHz，如果每次采样连续转换两次，一次采样CH0通道，一次采样CH1通道，则最大转换频率约为12KHz。

ADC编程

我们在ICETEK-DM6437-A板的P2插座Pin5针(对应ADC通道0)上输入1.2V的电压信号，注意这一信号的地需要接到P2插座的Pin34，或者将电压信号的地接到实验箱ICETEK-DM6437-A板上侧、位于实验箱底板上的测试点AGND上，然后将信号接到实验箱底板ADCIN0插座左侧的测试点上，完成信号接入。

在DM6437中运行程序，首先进行必要的初始化，然后设置McBSP0为适当的方式，比如选中前面所述的4个管脚使用串口通信功能，将CLKX0的输出频率设置成600KHz等；之后通过McBSP0相关寄存器操作，启动TLV0832的模数转换；等待转换完成；将McBSP0接收到的数据保存。

相关转换的数据：由于输入的电压范围是0～3.3V范围的，而转换成数字化的数