基于A(yíng)RM的過(guò)采樣技術(shù)

　　2 過(guò)采樣滿(mǎn)足條件及操作步驟

　　對于過(guò)采樣，理論上需要信號有一定噪聲，并且必須近似白噪聲，幅度足夠大。若噪聲信號不能滿(mǎn)足前面講述的理論要求，就需要引入噪聲激勵。因此，選用周期性噪聲作為激勵信號。同時(shí)對激勵噪聲有一定要求：激勵噪聲幅度≥1 LSB;噪聲均值在添加激勵噪聲時(shí)必須是0.

　　在理解過(guò)采樣理論及需要滿(mǎn)足的條件后，出于對具體應用的考慮，設計了過(guò)采樣的操作步驟，概括如下：

　?。?）判斷被采樣信號是否有噪聲，如果沒(méi)有噪聲，則疊加周期性激勵噪聲。

　?。?）對信號進(jìn)行4n次過(guò)采樣（n為希望增加的分辨率位數）。如果使用片內10位ADC,希望得到14位的ADC精度，則需要44即256次10位的過(guò)采樣。

　?。?）抽取數字序列，對各個(gè)采樣值進(jìn)行累加。

　?。?）對累加后的采樣數據，若提高n位精度則右移n位，最終得到過(guò)采樣值。

　　3 LM3S8962實(shí)現ADC過(guò)采樣

　　3.1 Cortex-M3內核特點(diǎn)介紹

　?。?）采用ARMv7M架構，在ARMv4T架構基礎上擴展了36條指令。

　?。?）基于哈佛結構，數據與指令可同時(shí)從存儲器讀取，并行執行多個(gè)操作，加快程序執行速度。與ARM7TDMI-S相比，比ARM指令每兆赫效率提高了35%,比Thumh指令效率提高了70%.

　?。?）帶有多種睡眠和喚醒模式，實(shí)現產(chǎn)品的低功耗。

　?。?）單周期乘法、乘-加、硬件除法指令，實(shí)現快速運算。

　?。?）低延遲中斷處理：支持8層硬件中斷嵌套，末尾連鎖功能，高優(yōu)先級中斷遲來(lái)處理。

　　3.2 過(guò)采樣的軟件實(shí)現　　

　?。?）外設初始化。

　　在軟件實(shí)現過(guò)采樣之前，必然要對各個(gè)模塊進(jìn)行初始化和配置。初始化定時(shí)器、ADC、UART等模塊，定時(shí)器模塊用來(lái)提供系統時(shí)鐘周期，配置ADC的觸發(fā)模式和采樣速率，利用UART將測量值傳遞給PC,方便查驗是否正確。

　?。?）產(chǎn)生PWM信號，作為噪聲。

　　為了保證過(guò)采樣原理應用的可靠性，引入噪聲激勵信號。而為了避免激勵噪聲出現的誤差，使用內部的PWM信號發(fā)生器產(chǎn)生周期性和對稱(chēng)性很好的PWM波，作為激勵噪聲。產(chǎn)生噪聲步驟如圖1所示。

　?。?）數據的采集、濾波及抽取。

　　在過(guò)采樣中所做的數字平均濾波僅提高了平滑度，精度卻并沒(méi)有增加，抽取過(guò)程才是真正意義上的提高精度。額外的K次采樣，按照常規平均那樣進(jìn)行累加，但并不是直接將結果除以M,而是右移N位（N是期待所增加的額外精度），得到更精確的采樣結果。

　　過(guò)采樣算法如圖2所示。對TI的LM3S8962芯片，將10位AD值的精度提高到12位的方法，直接調用寄存器讀取函數HWREG訪(fǎng)問(wèn)FIFO緩存區，經(jīng)過(guò)兩次循環(huán)，將從FIFO中收集到的16個(gè)10位轉換值相加，產(chǎn)生一個(gè)14位結果，右移2位后就得到所希望的12位AD值。