新聞中心

EEPW首頁 > 模擬技術 > 設計應用 > 面向信號處理過程的ADC特性使傳感器連接變得簡單

面向信號處理過程的ADC特性使傳感器連接變得簡單

作者:Microchip Technology Inc. MCU8 產品部市場推廣經理 Paul Zhang張榮寶時間:2021-04-26來源:電子產品世界收藏

單片機(MCU)和傳感器測控系統中,經常遇到需要模擬量傳感器輸入的情況。 這種輸入的模擬量,需要由模擬數字轉換器外設,簡稱ADC,來轉換為N位數字量后再由CPU進行處理。近年來,隨著智能傳感器技術和物聯網技術等的發展, MCU和傳感器連接的系統應用也越來越廣泛。比如在目前全球研究最多的新興市場之一——物聯網(IoT)中,傳感器作為物聯網系統數據的重要入口, 正在成為電子基礎設施向物聯網轉變的無處不在的元素。據中國信息通信研究院2020年12月發布的《物聯網白皮書》,預計到2025年,全球物聯網總連接數規模將從2019年的120億增長到246億,年復合增長率高達13%。 我國物聯網連接數全球占比高達30%,2019年我國的物聯網連接數36.3億,到2025年預計我們物聯網連接數將達到80.1億,年復合增長率14.1(來源:中國信息通信研究院)。

本文引用地址:http://www.5nmn.com/article/202104/424867.htm

對于MCU中集成的用于連接模擬傳感器的ADC,設計者在以往的努力多在于提高其采樣速度和量化的性能指標,比如提高ADC的分辨率(精度),減少誤差(量化誤差、偏移誤差和滿刻度誤差等),提高轉換率來采集更高頻率的輸入等等,而現在的集成ADC的新特性,除了提高以上性能參數,則更是考慮了ADC在系統中的應用場景和信號處理過程。

對于模擬信號的輸入,單片機系統典型的處理過程如下所示:

image.png

針對這種典型的模擬信號處理過程,MCU設計者對ADC外設創新地賦予了新的特性,以使其連接傳感器更為高效。

1.獨立于內核的事件機制——聯動其他外設,自動觸發ADC啟動

在模擬信號采樣階段, 簡便的方式就是沖激串采樣——通過一個周期沖激串去乘待采樣的連續時間信號。 在MCU中,需要通過定時器來設定采樣周期T。在傳統的處理方式中,CPU要么響應定時器產生的周期性中斷,要么輪詢定時器計數器的溢出標志,來啟動ADC。

新的ADC觸發方式則是采用了事件機制,它提供了一個完全由硬件自動完成的觸發到ADC產生響應的通道。 在沒有任何CPU干預的情況下精確控制ADC的采樣周期。這種機制節省了中斷資源, 無需軟件的參與,提高了ADC的響應速度。下圖為AVR?單片機事件系統的示意圖。

1619417225622563.png

圖1 AVR?單片機中的事件系統圖示

這種硬件上的聯動響應,更為迅速直接。因為不需要CPU干預,也減少了不必要的中斷或喚醒,即使在CPU處于某種休眠狀態下,該觸發機制仍可以在低功耗的情況下運行。當然除了用于觸發ADC之外,這種事件機制還可以用于其他外設的聯動。

2.帶有計算功能的ADC——對轉換結果自動進行計算處理

ADC的轉換結果,被用來做某種類型的計算或分析。比如驗證結果是否在一定的范圍內或者用來濾除信號中的噪聲。盡管用來濾波的軟件算法都比較成熟,比如中值濾波、算數平均濾波和滑動平均濾波等,但是無論是什么樣的軟件算法,它們都是需要較大的RAM空間和CPU運算資源。首先在系統的RAM區保留一段時間內的轉換值,然后對這些轉換值進行分析、濾波,并進行處理。而在MCU系統中,RAM空間都是很有限的,而且軟件濾波算法的運行,需要消耗CPU的能力和時間,導致整個轉換數值的濾波系統運行效率不高。

創新的ADC設計,使得ADC自身具有轉換后的計算功能,可以對ADC轉換的數據進行復雜的運算,而無需CPU干預。使用這種具有運算能力的智能ADC 在轉換完成后, 結果可以通過預定的計算功能來傳遞,將不需要編寫代碼來查看ADC結果是否落在某個窗口之內或之外,也可以直接獲取ADC平均樣本值或者濾波器樣本數據值等。這種計算由ADC外設本身執行,加速了通常由軟件完成的算術任務,不再需要占用CPU資源和額外的RAM緩沖空間。例如,如下圖PIC? Q10系列MCUADC的計算功能簡化框圖所示, 可以通過配置ADCADMD位來控制ADC計算模塊以選擇五種不同的操作模式之一:基本模式、累加模式、平均模式、突發平均模式和低通濾波器模式等。

1619417246825735.png

圖2 PIC?Q10單片機中的ADC計算模塊框圖

3.自動上下文保存——使ADC通道切換應用自如

在傳感器系統應用中,經常會遇到多個模擬輸入通道共用一個內部ADC硬件的情況。 比如在一個環境檢測系統中, 溫度、濕度、氣壓和光線強度等傳感器的模擬輸入將會使用同一個ADC(同一個采樣保持電路)的不同通道。ADC通過切換各個通道,分時進行A/D轉換。對于復用ADC的模擬輸入,每個通道的控制方式,都可能是不同的,比如狀態和數據寄存器配置和轉換后的計算方式等等。例如,通道一將ADC配置為突發平均模式,通道二將ADC配置為累加模式……不同通道的獨特控制方式,使得ADC在切換通道時需要附加軟件開銷,比如首先停止ADC,按照ADC采集通道的預定順序找到相應的狀態和寄存器,重新配置對應的控制方式,再啟動ADC…,運行過程中的頻繁切換無疑降低了ADC的運行效率。

解決這一問題的最新ADC特性,是把每個通道的特定轉換控制方式,按照預定采集順序,保存為上下文。該上下文只能通過A/D上下文選擇寄存器,或者直接存儲器訪問(DMA)。這樣ADC運行時,ADC硬件模塊會自動從內存中傳輸當前活動通道的上下文,進入相關的ADC寄存器并執行所需的轉換。這樣就顯著提高了ADC切換通道采集數據的效率,也不占用CPU資源。有趣的是,Microchip將帶有運算特性的ADC稱為ADCC (ADC with Computation),而將又帶有上下文保存特性的ADCC稱為ADCCC (ADC with Computation and Context)。

單片機和傳感器連接的應用越來越多,幸運的是,MCU設計者一直在擴展其MCU外設的功能。 類似ADC上這些新功能的創新,已不僅僅在其自身轉換方面,而是實現了與其他外設聯動啟動采樣,轉換后的計算,以及多個復用通道的自動切換等,集成了針對模擬信號處理鏈路上的多個環節。這些環節可以自動運行,不占用系統總線,這對降低CPU負載,降低系統功耗,增強系統響應效率,增強系統健壯性等都有非常大的意義。單片機設計者們以其創新性的智慧,以及對嵌入式系統應用細致入微的洞察,將會使得MCU和傳感器的連接應用設計,越來越靈活,越來越高效!



關鍵詞:

評論


相關推薦

技術專區

關閉
人人超碰超国产看一天高清影视在线天天看,天天看高清视频 2019夜夜干天天天爽,中文字幕乱码 电影在线观看,久久爱电影网,色吊丝中文字幕,成人动漫在线观看| 奇米米奇影影视先锋在线视频,奇米影院777在线儿视频,奇米琪琪在线,奇米网在线观看555| 奇米影视777,青青青视频分类精品,青青草国拍2018,青青草国拍2019在线观看,青青草国拍2019| 奇米影影视在线观看姐姐骚,奇米影院在线视频,奇米免费在线视频97,奇米99re在线看的| 2019香蕉在线观看直播,国产精品香蕉视频在线,一本大道香蕉视频,成人动漫在线观看| 奇米影视777,色天使在线综合视频,伊人大杳蕉在线影院,在线天天看片视频免费观看,免费人成视频| k频道在线是那个网址,k频道2站免费入口,宅男影院k频道福利,k频道国产视频网络| 思思99热re久久最新地址获取,A片毛片免费视频在线看,综合伊人网人人天天夜夜日日狠狠| 奇米第四在线视频,奇米在线视频综合站,奇米四包高清在线电影,奇米影视米777四色在线| k频道为什么看不了,k频道网站导航福利,k频道直播,宅男福k频道| 奇米aⅴ在线线观看视频,手机在线电影奇米影院,奇米影视在线狠狠干,奇米在线观看免费手机| 影音先锋奇米影视在线看,奇米好吊日在线视频,奇米亚洲四色在线影院,奇米网在在线观看| k频道在线直播在线,k频道44kpd com,山西中央电视台4k频道,干妹网k频道| 奇米影视在线视频888,888米奇色狠狠在线,久久奇米在线视频免费,在线奇米影视第| 奇米色奇米影视在线直播,奇米第四色在线视频,奇米影视狠狠狠在线影院,奇米啪啪视频在线观看| k频道最新网止导航,为什么进不去k频道了,k频道kpd33,国产k频道精彩视频| 奇米手机高清在线电影,奇米777影院在线观看2o18,奇米影院在线亚洲影音先锋综合,奇米综合在线网| 做爰全过程的视频,99久久视频久久热视频,一级a做爰片完整,快播日韩伦理,2019亚洲最大色情网战| 777米奇影视在线,奇米影视盒手机在线看,奇米四色97在线,777奇米影视视频在线播放| 大香蕉大香蕉奇米在线影院,奇米在线8888,奇米在线视频www,奇米网在线视频| k频道在线是那个网址,k频道2站免费入口,宅男影院k频道福利,k频道国产视频网络| 奇米影视777奇米在线,奇米网大香蕉在线视频,奇米娱乐在线观看,奇米青青在线视频| 奇米影视在线免费观看,777奇米在线影院,色奇米在线,奇米影院影音在线| 影音先锋奇米影视在线看,奇米好吊日在线视频,奇米亚洲四色在线影院,奇米网在在线观看| 777奇米,米奇影院第四色,777奇米影视四色,333qqqq电影网| 奇米第四色--,奇米第四色444888,奇米电影网,最新奇米第四色AV在线| K频道网络视频分享导航,k频道网站最新,k频道系统网址导航,k频道网络分享| 奇米影影视在线观看vr,777米奇视频观看在线播放,奇米四色在线,奇米777奇米四色在线影视| 热同性恋乱伦的影片,网红自拍av,亚洲成在人线视频天堂,av亚洲欧洲无码在线,家庭乱伦电影天堂,久久爱在线欧美| 一本到午夜92版福利,国产精品情侣愉拍,好看AV中文字幕在线观看,久久热最新地址,久久视频在线视频观看 99| 色拍拍拍免费视频在线,窝窝影院午夜看片,日韩视频一中文字暮,黄色一级全裸| k频道网址导航,k频道网络视频分享主播精选,k频道导航最新网地址导航,k频道在线播放主播国产精品| k频道下,k频道在线亚洲,k频道官网 易搜索,k频道宅男影院网址| 奇米青青视频在线观看,奇米香蕉在线观看视频,在线视频 奇米 人妻,第四色奇米在线观看| 色姑娘久久在线播放,a资源吧涩涩爱,美国一级毛片一级做爱片,超碰人人草人人碰| 亚洲v天堂2019手机在线,青青精品视频国产,129区视频网,青青青视频分类精品,色天使在线综合视频| k频道在线网址导航网址在线入口,国产网红k频道导航网址,k频道导航大全的网,k频道最新视频地址2导航| 伊人大香蕉在线精品,免费一级做爰片在线观看,一级做爰全过程片,超碰97超碰在线视频| k频道最新视频地导航,中央广播电视总台4K频道,k频道网址86,有码字幕-K频道网络| 日本免费AV毛片在线看,在线亚洲清纯无码,黄三级100种日本免费,久久草色播| 青青草原在线观看视频v,青青草原绿色华人视频,国产青青视频在线播放,青青青在线播放2019|