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第10頁基于ARM的∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)摘要:采用ARM設(shè)計的方法,研究了的∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換,并且設(shè)計了4種工作模式,這個四種模式是:模式1,采樣頻率為100Hz,采樣位數(shù)為12位;模式2,采樣頻率為1600Hz,采樣位數(shù)為8位。模式3,采樣頻率為100Hz,采樣位數(shù)為16位。模式4,采樣頻率為1600Hz,采樣位數(shù)為16位。并把四種模式采樣到的波形清晰地顯示在LCD上,除此以外本次設(shè)計還用到了很多比較特殊的算法,其中最重要的是CIC軟件濾波,其核心思想是對信號的積分運算,本質(zhì)上也可以理解成累加運算,這一核心的運算我將會在下面詳細(xì)的介紹,與此同時還用到了ARM開發(fā)板里的按鍵等硬件,與按鍵配合使用可以實現(xiàn)模式的切換以及波形的放大選擇,這在下面設(shè)計中也會提到。關(guān)鍵詞:ARM;LCD顯示;CIC濾波隨著時間的推移,電腦可以識別離散的數(shù)字信號。在研究過程中,需要正確處理這些信號,如測試、轉(zhuǎn)換、過濾等,可以使用計算機進行處理。這就需要進行A/D轉(zhuǎn)換,將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。目前,隨著數(shù)字音頻技術(shù)的快速發(fā)展,16位高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器已經(jīng)被廣泛使用。在高分辨率時,如果用傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣率的A/D轉(zhuǎn)換器采樣實現(xiàn)是非常困難的,基本上很難用于高精度、高速度的場合。首先,從系統(tǒng)的角度,根據(jù)音頻ADC(模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器)的總體性能要求,對∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器屬性和優(yōu)缺點進行了分析,選擇合適的結(jié)構(gòu)。先確定調(diào)制器結(jié)構(gòu),然后分析影響結(jié)構(gòu)的每一個電路模塊和電路模塊的設(shè)計指標(biāo),最后,根據(jù)這些指標(biāo),完成電路設(shè)計。概述研究狀況A/D轉(zhuǎn)換的方式有可以大致分為3種,分別是逐次逼近法、雙積分法以及電壓頻率轉(zhuǎn)換法。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,是一種最為常見的A/D轉(zhuǎn)換器,這種轉(zhuǎn)換器雖然制作成本相對比較高,但是他可以進行高位數(shù)的轉(zhuǎn)換,因此它的精度比較高,可以達到微秒級別。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器這種方式也是可以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的功能,但和逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器相比,積分法所得到的A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果,誤差會比逐次逼近法大的多。系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件設(shè)計要求設(shè)計要求比較電路的基準(zhǔn)電壓為2V,在如圖2-1所示的C點的1位數(shù)據(jù)流是TTL電平,1階∑-Δ調(diào)制器電路REF_Ref408516200\h圖2-1所示:圖2-SEQ圖3-\*ARABIC11階∑-Δ調(diào)制器電路圖基于ARM的∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計并制作1階∑-Δ調(diào)制器,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計并制作∑-Δ型A/D轉(zhuǎn)換電路,電路結(jié)構(gòu)如下圖2-SEQ圖3-\*ARABIC2所示。圖2-SEQ圖3-\*ARABIC2∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換的構(gòu)造圖∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器主要由ARM模塊、電源模塊、減法器模塊、積分器模塊、鎖存比較器模塊、數(shù)字濾波模塊以及LCD顯示模塊等部分組成。硬件軟件總總體設(shè)計思路,如下圖2-3所示:圖2-3硬件軟件設(shè)計思路圖軟件設(shè)計軟件的實現(xiàn)要求基于ARM的∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器的采樣要求,大致可以分成4中工作模式:(1)、采樣位數(shù):12位,采樣頻率:100Hz;(2)、采樣位數(shù):8位,采樣頻率:1600Hz;(3)、采樣位數(shù):16位,采樣頻率:100Hz;(4)、采樣位數(shù):16位,采樣頻率:1600Hz?;贏RM的∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器的顯示要求,大致分成以下幾點:(1)、∑-Δ型A/D轉(zhuǎn)換電路在進行數(shù)據(jù)顯示時,要求采樣的波形要連續(xù),并且顯示的點至少要250個點。(2)、在屏幕上顯示一個光標(biāo),并且在移動光標(biāo)時能夠?qū)?yīng)的顯示對應(yīng)波形點的數(shù)據(jù)。(3)、在屏幕上實時顯示A/D采樣輸出的利用連續(xù)1秒的采樣數(shù)據(jù)的方差2σ??偝绦蛟O(shè)計以及流程圖系統(tǒng)軟件基于ARM系統(tǒng)STM32F103Z開發(fā),在主程序中,首先對LCD等進行初始化,給任務(wù)變量賦初值,在數(shù)據(jù)采集后進行數(shù)字濾波以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并送LCD顯示,同時等待中斷。進入中斷后,任務(wù)全局變量外部有輸入時A/D進行采樣及數(shù)據(jù)處理,然后數(shù)據(jù)更新顯示,等待下一次中斷執(zhí)行各任務(wù)。程序框REF_Ref408516288\h圖3-1所示:圖3-SEQ圖4-\*ARABIC1程序框圖軟件的結(jié)構(gòu)框圖,如REF_Ref408516293\h圖3-2所示:圖3-SEQ圖4-\*ARABIC2軟件的結(jié)構(gòu)框圖主函數(shù)(main.c)主函數(shù)的流程圖,如REF_Ref408516300\h圖3-3所示.圖3-SEQ圖4-\*ARABIC3主函數(shù)的流程圖CIC梳狀濾波器(CIC_filter.c)CIC濾波器是一種實現(xiàn)抽取或者插值的高效濾波器并且可以降低或提高采樣率。它是由抽取器、梳狀濾波器、積分器(累加器)構(gòu)成。CIC軟件24階濾波的設(shè)計流程圖,如REF_Ref408516379\h圖2-4所示:圖3-424階CIC濾波器CIC濾波的好處是不需要乘法器,只是純粹的加法和減法,這樣減少了CIC濾波的計算量,提高了CIC濾波的濾波速度,一旦我們在ARM中寫這種方法時,不會大大的降低ARM的速度,這樣我們既節(jié)約了ARM的資源,而且實現(xiàn)起來比較簡單,又可以利用這些資源來做其他部分的優(yōu)化處理。調(diào)試及結(jié)果調(diào)試硬件和軟件的配合協(xié)議積分器的輸入端A:接的是ARM的PC4;積分器的輸出端B:接的是ARM的PC5;1位鎖存器輸出端C:接的是ARM的PD6;主時鐘:接的是ARM的PB5;硬件、軟件的配合REF_Ref408516454\h圖4-1所示:圖4-SEQ圖5-\*ARABIC1硬件、軟件的配合圖測試信號與ARM的LCD輸出測試信號:50HZ的正弦信號,峰峰值是2V如REF_Ref408516455\h圖4-2所示;圖4-SEQ圖5-\*ARABIC2測試信號四種工作模式下的圖片總覽REF_Ref408516464\h圖4-3所示:圖4-SEQ圖5-\*ARABIC34種模式總覽例如:在模式一下采樣位數(shù):12位,采樣頻率:100Hz;,放大一如REF_Ref408516471\h圖4-4所示:圖4-SEQ圖5-\*ARABIC4放大一放大二如REF_Ref408516481\h圖4-5所示:圖4-SEQ圖5-\*ARABIC5放大二實際示波器顯示波形實際示波器測得A、B、C、D的波形如下REF_Ref408516488\h圖4-6所示:圖4-SEQ圖5-\*ARABIC6A、B、C、D實際波形結(jié)論基于ARM的∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)的設(shè)計,我一直堅持著低功耗、高精度的設(shè)計理念,從而使這種采樣方式進一步的發(fā)揮了它的優(yōu)勢,在最后的硬件和軟件的配合使用中也實現(xiàn)了穩(wěn)定,保證了精度,也實現(xiàn)了低功耗,從而也完美的達成了設(shè)計的各項指標(biāo),使本次的畢業(yè)設(shè)計變得更加的具有意義。參考文獻張樂樂,張子陽,張啟升.Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作原理及簡單分析[J].電子設(shè)計工程,2013,(8).趙波,董穎華,李保婷.智能儀表中Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的硬件實現(xiàn)[J].現(xiàn)代測量與實驗室管理,2011,(1).王蕓.一種∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2011,(1).王國鵬.一個壓力傳感器應(yīng)用的∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換調(diào)制器[J].電子與封裝,2007,(12).曹政新,胡平,孫燁輝,許長喜,李奇,熊紹珍.一種采用數(shù)字激勵測試的MASH結(jié)構(gòu)ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器[J].固體電子學(xué)研究與進展,2008,(1).闕大順,高勇,王燕莉.Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作原理及應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版),2003,(6).金旭東,于向軍,呂震中.Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換在風(fēng)

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