基于ARM的過采樣技術(shù)

　　2 過采樣滿足條件及操作步驟

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

　　在理解過采樣理論及需要滿足的條件后，出于對(duì)具體應(yīng)用的考慮，設(shè)計(jì)了過采樣的操作步驟，概括如下：

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

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

　?。?）抽取數(shù)字序列，對(duì)各個(gè)采樣值進(jìn)行累加。

　?。?）對(duì)累加后的采樣數(shù)據(jù)，若提高n位精度則右移n位，最終得到過采樣值。

　　3 LM3S8962實(shí)現(xiàn)ADC過采樣

　　3.1 Cortex-M3內(nèi)核特點(diǎn)介紹

　　（1）采用ARMv7M架構(gòu)，在ARMv4T架構(gòu)基礎(chǔ)上擴(kuò)展了36條指令。

　?。?）基于哈佛結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)與指令可同時(shí)從存儲(chǔ)器讀取，并行執(zhí)行多個(gè)操作，加快程序執(zhí)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(xiàn)產(chǎn)品的低功耗。

　?。?）單周期乘法、乘-加、硬件除法指令，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)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(jí)中斷遲來處理。

　　3.2 過采樣的軟件實(shí)現(xiàn)　　

　?。?）外設(shè)初始化。

　　在軟件實(shí)現(xiàn)過采樣之前，必然要對(duì)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)器模塊用來提供系統(tǒng)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(yàn)是否正確。

　?。?）產(chǎn)生PWM信號(hào)，作為噪聲。

　　為了保證過采樣原理應(yīng)用的可靠性，引入噪聲激勵(lì)信號(hào)。而為了避免激勵(lì)噪聲出現(xiàn)的誤差，使用內(nèi)部的PWM信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生周期性和對(duì)稱性很好的PWM波，作為激勵(lì)噪聲。產(chǎn)生噪聲步驟如圖1所示。

　?。?）數(shù)據(jù)的采集、濾波及抽取。

　　在過采樣中所做的數(shù)字平均濾波僅提高了平滑度，精度卻并沒有增加，抽取過程才是真正意義上的提高精度。額外的K次采樣，按照常規(guī)平均那樣進(jìn)行累加，但并不是直接將結(jié)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(jié)果。

　　過采樣算法如圖2所示。對(duì)TI的LM3S8962芯片，將10位AD值的精度提高到12位的方法，直接調(diào)用寄存器讀取函數(shù)HWREG訪問FIFO緩存區(qū)，經(jīng)過兩次循環(huán)，將從FIFO中收集到的16個(gè)10位轉(zhuǎn)換值相加，產(chǎn)生一個(gè)14位結(jié)果，右移2位后就得到所希望的12位AD值。