【MSP430i2xx教程第三讲】24-BitΣ-Δ ADC & FlashCtl-Flash存储控制器

1万 · 2015-4-10 10:31

lvyunhua 发表于 2015-4-9 20:22
SD24转换一次所需时间时多少，实际应用精度可以达到多少？

采用了中断检测模数，你不用考虑一次的时间，什么时候转换完成，什么时候返回结果。不过应该不慢的，这里用了库函数，如果直接寄存器操作估计更快。实际速度，参考该系列用户手册，在第一课里面有下载。

1万 · 2015-4-10 10:32

cowboy2014 发表于 2015-4-9 21:19
这个是msp430单片机自己带的AD吗？

是的，430内置的外设。外设，并不一定是指的单片机外部的元器件设备，指的是，CPU核外的设备，可以集成在MCU内部

只看该作者 · 2015-4-10 12:31

关于数字格式（data format）和分组(group)的问题
1.数据格式
查看数据手册，已channel0 为例，看SD24CCTL0 Register可以知道，bit4为SD24DF，作用是选择data format
SD24 data format
0b = Offset binary(偏移二进制码)
1b = 2s complement（二进制补码）
偏移二进制码

　偏移二进制码(又叫移码)是在二进制码的基础上加一个偏移量得到的。n位二进制数±D讠的偏移二进制码为

　　式中的2n乃就是偏移量。例如，一个3位二进制的数Di＝+110，则其相应的偏移二进制码为

其实偏移二进制码就是将补码的最高位取反

因此上面的介绍中说：Param具体成员SD24_initConverterAdvancedParam::dataFormat描述为数据格式，二进制或2的补码形式是错误的
2、分组
还是寄存器SD24CCTL0 Register
bit0为SD24GRP，作用
SD24 group. Groups SD24 channel with next higher channel. Not used for the last channel.
0b = Not grouped
1b = Grouped

其中模式Group of Channels, Single Conversion 以及Group of Channels, Continuous Conversion都是用到该位的
连续的SD24通道通过SD24GRP位可以组合在一起成为同步转换，将通道的SD24GRP位置位可以将它和下一个通道组合在一起。比如，将channel0 的SD24GRP位置位和channel1组合，此时channel1是主通道，通过该通道的SD24SC位使能或者禁止该组所有通道的转换。清除主通道的SD24SC位将会马上停止该组所有通道的转换。因此推荐在清除SD24SC位前读数据避免读到不准确的数据。
我个人感觉分组类似于多路AD转换时，先将各路数据锁存起来，然后所有路同时AD转换的功能，

只看该作者 · 2015-4-10 12:34

本帖最后由 feiting94 于 2015-4-10 12:58 编辑

数码小叶发表于 2015-4-9 19:48
“与传统的ADC相比4通道过采样每个因子可以提高约[/back ...

原文是这么写的
With a conventional ADC, each factor-of-4 oversampling can improve the SNR by approximately
6 dB or 1 bit. To achieve a 16-bit resolution out of a simple 1-bit ADC would require an impractical
oversampling rate of 415 = 1 073 741 824. To overcome this limitation, the sigma-delta modulator
implements a technique called noise-shaping—a feedback loop and integrators push the quantization
noise to higher frequencies, and thus much lower oversampling rates can achieve high resolutions
感觉翻译过来应该是4倍过采样可以提高信噪比6dB或者1位
对于一个Nbit ADC，SNR可由公式：SNR=6.02N+1.76dB得到
如果将采样频率提高一个过采样系数k，即采样频率为kfs，FFT分析显示噪声基线降低了，SNR值未变，但噪声能量分散到一个更宽的频率范围。Σ-Δ转换器正是利用了这一原理，具体方法是紧接着1bit ADC之后进行数字滤波。大部分噪声被数字滤波器滤掉，这样，RMS噪声就降低了，从而一个低分辨率ADC，Σ-Δ转换器也可获得宽动态范围。
一个1bit ADC的SNR为7.78dB(6.02+1.76)，每4倍过采样将使SNR增加6dB，SNR每增加6dB等效于分辨率增加1bit。这样，采用1bit ADC进行64倍过采样就能获得4bit分辨率;而要获得16bit分辨率就必须进行4^15倍过采样，这是不切实际的。Σ-Δ转换器采用噪声成形技术消除了这种局限，每4倍过采样系数可增加高于6dB的信噪比。

Σ-Δ调制器包含1个差分放大器、1个积分器、1个比较器以及1个由1bit DAC（1个简单的开关，可以将差分放大器的反相输入接到正或负参考电压）构成的反馈环。反馈DAC的作用是使积分器的平均输出电压接近于比较器的参考电平。调制器输出中"1"的密度将正比于输入信号，如果输入电压上升，比较器必须产生更多数量的"1"，反之亦然。积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤波器，而对于量化噪声则表现为高通滤波。这样，大部分量化噪声就被推向更高的频段。和前面的简单过采样相比，总的噪声功率没有改变，但噪声的分布发生了变化。
这就是原文提到的：为了克服这个限制，Σ-Δ制器实现的技术称为噪声整形，由于一个实施的反馈环技术和集成的量化噪声被推动到更高的频率，因此低得多的过采样率足以达到高的分辨率。

现在，如果对噪声成形后的Σ-Δ调制器输出进行数字滤波，将有可能移走比简单过采样中更多的噪声。这种调制器（一阶）在每两倍的过采样率下可提供9dB的SNR改善。在Σ-Δ调制器中采用更多的积分与求和环节，可以提供更高阶数的量化噪声成形。例如，一个二阶Σ-Δ调制器在每两倍的过采样率下可改善SNR 15dB。

只看该作者 · 2015-4-10 12:52

本帖最后由 hanzhenfei 于 2015-4-10 12:56 编辑

根据图5.2内部应该有7个通道的ADC,其中通道0~5是测量外部信号用，通道6是测量温度传感器模块的。
输入通道可以选择模拟通道和温度通道，选择温度通道话只有一个，如果选模拟通道具体选择那个呢？0~5?
inputChannel = SD24_INPUT_CH_ANALOG; // Input from analog sig对这个sd24通道选择不太懂

只看该作者 · 2015-4-10 13:10

hanzhenfei 发表于 2015-4-10 12:52
根据图5.2内部应该有7个通道的ADC,其中通道0~5是测量外部信号用，通道6是测量温度传感器模块的。
输入通道 ...

是不是这里一个converter对应一个channel，选好了converter就确定了channel了呢？
不过这里converter只有4个可以选择，而模拟通道有6个，这有点矛盾啊

只看该作者 · 2015-4-10 15:32

24位的AD啊，太强大了。这个教程真不错，要好好学习一下。

只看该作者 · 2015-4-10 15:58

fjjjnk1234 发表于 2015-4-9 21:38
意思应该是4通道同时采样，4个独立的通道应该能配置成同时采样
这是数据手册上的介绍：
...

那这样优势在哪呢

只看该作者 · 2015-4-10 15:59

anvy178 发表于 2015-4-10 09:22
可以同时通过编程实现你看下图的结构就知道了每个通道自己独立的增益独立的 AD核。通过 ...

我的意思是他的优势那块，没搞明白

只看该作者 · 2015-4-10 16:00

mintspring 发表于 2015-4-10 10:27
就是跟传统的该类型的ADC比，性能更强，可以理解为，本系列MCU采用了优化的模数转换外设。总之，就当是王 ...

关键就是这句优势。。。。。糊涂了:L:L

只看该作者 · 2015-4-10 16:05

lvyunhua 发表于 2015-4-9 20:22
SD24转换一次所需时间时多少，实际应用精度可以达到多少？

时间相比以前的430估计应该增加好多，有待查一下

只看该作者 · 2015-4-10 16:20

hanzhenfei 发表于 2015-4-10 12:52
根据图5.2内部应该有7个通道的ADC,其中通道0~5是测量外部信号用，通道6是测量温度传感器模块的。
输入通道 ...

第一个问题，模拟通道就是0到5中间的一个，第二个问题给你截图

只看该作者 · 2015-4-10 16:22

feiting94 发表于 2015-4-10 13:10
是不是这里一个converter对应一个channel，选好了converter就确定了channel了呢？
不过这里converter只有 ...

你把两个概念弄混喽;P;P;P

只看该作者 · 2015-4-10 16:41

hanzhenfei 发表于 2015-4-10 12:52
根据图5.2内部应该有7个通道的ADC,其中通道0~5是测量外部信号用，通道6是测量温度传感器模块的。
输入通道 ...

@

hanzhenfei

；@

feiting94

看图

很简单了吧:lol

只看该作者 · 2015-4-10 17:40

数码小叶发表于 2015-4-10 16:41
@hanzhenfei；@feiting94 看图

只看该作者 · 2015-4-10 18:42

数码小叶发表于 2015-4-10 15:58
那这样优势在哪呢

教程中有讲“平均值可增加转换的信噪比性能”，“4通道过采样每个因子可以提高约6分贝或1位的信噪比”
Σ-Δ型ADC的优势：分辨率较高，高达24位；转换速率高，高于积分型和压频变换型ADC；价格低；内部利用高倍频过采样技术，实现了数字滤波，降低了对传感器信号进行滤波的要求。

只看该作者 · 2015-4-10 18:46

之前在其它单片机上接触到的基本上都是SAR型ADC，在这篇教程中接触到Σ-Δ型ADC，找了一些关于ADC种类的相关资料。
1．逐次逼近型
逐次逼近型ADC是应用非常广泛的模/数转换方法，它包括1个比较器、1个数模转换器、1个逐次逼近寄存器（SAR）和1个逻辑控制单元。它是将采样输入信号与已知电压不断进行比较，1个时钟周期完成1位转换，N位转换需要N个时钟周期，转换完成，输出二进制数。这一类型ADC的分辨率和采样速率是相互矛盾的，分辨率低时采样速率较高，要提高分辨率，采样速率就会受到限制。

优点：分辨率低于12位时，价格较低，采样速率可达1MSPS；与其它ADC相比，功耗相当低。

缺点：在高于14位分辨率情况下，价格较高；传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。

2．积分型ADC
积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC，它的应用也比较广泛。它由1个带有输入切换开关的模拟积分器、1个比较器和1个计数单元构成，通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现A/D转换。

积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的D表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压VR。此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。能够抑制高频噪声和固定的低频干扰（如50Hz或60Hz），适合在嘈杂的工业环境中使用。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。

优点：分辨率高，可达22位；功耗低、成本低。

缺点：转换速率低，转换速率在12位时为100～300SPS。

3．并行比较A/D转换器
并行比较ADC主要特点是速度快，它是所有的A/D转换器中速度最快的，现代发展的高速ADC大多采用这种结构，采样速率能达到1GSPS以上。但受到功率和体积的限制，并行比较ADC的分辨率难以做的很高。

这种结构的ADC所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。增加输出代码对转换时间的影响较小，但随着分辨率的提高，需要高密度的模拟设计以实现转换所必需的数量很大的精密分压电阻和比较器电路。输出数字增加一位，精密电阻数量就要增加一倍，比较器也近似增加一倍。

并行比较ADC的分辨率受管芯尺寸、输入电容、功率等限制。结果重复的并联比较器如果精度不匹配，还会造成静态误差，如会使输入失调电压增大。同时，这一类型的ADC由于比较器的亚稳压、编码气泡，还会产生离散的、不精确的输出，即所谓的“火花码”。

优点：模/数转换速度最高。

缺点：分辨率不高，功耗大，成本高。

4．压频变换型ADC
压频变换型ADC是间接型ADC，它先将输入模拟信号的电压转换成频率与其成正比的脉冲信号，然后在固定的时间间隔内对此脉冲信号进行计数，计数结果即为正比于输入模拟电压信号的数字量。从理论上讲，这种ADC的分辨率可以无限增加，只要采用时间长到满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度即可。

优点：精度高、价格较低、功耗较低。

缺点：类似于积分型ADC，其转换速率受到限制，12位时为100～300SPS。

5．∑-Δ型ADC
∑-Δ转换器又称为过采样转换器，它采用增量编码方式即根据前一量值与后一量值的差值的大小来进行量化编码。∑-Δ型ADC包括模拟∑-Δ调制器和数字抽取滤波器。∑-Δ调制器主要完成信号抽样及增量编码，它给数字抽取滤波器提供增量编码即∑-Δ码；数字抽取滤波器完成对∑-Δ码的抽取滤波，把增量编码转换成高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号。因此抽取滤波器实际上相当于一个码型变换器。

优点：分辨率较高，高达24位；转换速率高，高于积分型和压频变换型ADC；价格低；内部利用高倍频过采样技术，实现了数字滤波，降低了对传感器信号进行滤波的要求。

缺点：高速∑-△型ADC的价格较高；在转换速率相同的条件下，比积分型和逐次逼近型ADC的功耗高。

6．流水线型ADC
流水线结构ADC，又称为子区式ADC，它是一种高效和强大的模数转换器。它能够提供高速、高分辨率的模数转换，并且具有令人满意的低功率消耗和很小的芯片尺寸；经过合理的设计，还可以提供优异的动态特性。

流水线型ADC由若干级级联电路组成，每一级包括一个采样/保持放大器、一个低分辨率的ADC和DAC以及一个求和电路，其中求和电路还包括可提供增益的级间放大器。快速精确的n位转换器分成两段以上的子区（流水线）来完成。首级电路的采样/保持器对输入信号取样后先由一个m位分辨率粗A/D转换器对输入进行量化，接着用一个至少n位精度的乘积型数模转换器（MDAC）产生一个对应于量化结果的模/拟电平并送至求和电路，求和电路从输入信号中扣除此模拟电平。并将差值精确放大某一固定增益后关交下一级电路处理。经过各级这样的处理后，最后由一个较高精度的K位细A/D转换器对残余信号进行转换。将上述各级粗、细A/D的输出组合起来即构成高精度的n位输出。

优点：有良好的线性和低失调；可以同时对多个采样进行处理，有较高的信号处理速度，典型的为Tconv<100ns；低功率；高精度；高分辨率；可以简化电路。

缺点：基准电路和偏置结构过于复杂；输入信号需要经过特殊处理，以便穿过数级电路造成流水延迟；对锁存定时的要求严格；对电路工艺要求很高，电路板上设计得不合理会影响增益的线性、失调及其它参数。

1万 · 2015-4-10 19:13

本帖最后由 gaoyang9992006 于 2015-4-10 19:16 编辑

hanzhenfei 发表于 2015-4-10 12:52
根据图5.2内部应该有7个通道的ADC,其中通道0~5是测量外部信号用，通道6是测量温度传感器模块的。
输入通道 ...

让我轻轻地告诉你，你的这个问题，你需要查看具体型号手册，查看不同的封装，你会发现，不同封装，封装进去的ADC通道量是不同的，在MSP430i2040系列里，有封装三个的，也有封装进去4个的，因此外部的ADC通道入口是不确定的，但是系统核心模块设计时候提供的最大值是7个，其中一个是内置温度传感器接口，对外设计的接入能力最大是4个，另外的两个通道是为其他功能，具体是几个可用，根据所选型号和封装来确定。

只看该作者 · 2015-4-10 19:18

不错的东西！

只看该作者 · 2015-4-10 21:38

例程中没有涉及到滤波算法吧

【MSP430i2xx教程第三讲】24-BitΣ-Δ ADC & FlashCtl-Flash存储控制器

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