本帖最后由 mxkw0514 于 2021-8-15 11:53 编辑
#申请原创# 引言：
接上一次测评：https://bbs.21ic.com/forum.php?mod=viewthread&tid=3137992&page=1&extra=#pid12133510。本次的测评在继承前一篇部分测评内容的基础上， 利用 PIC18F16Q40单片机的ADCC采样外部模拟电压，并对采样后的值进行数字化的低通滤波处理（类似于数字低通滤波器），该篇测评主要包括：
1、测评内容：
第一，围绕PIC18F16Q40单片机的ADCC模块展开，利用ADCC外设进行外部模拟信号采样和数字低通滤波。
第二，展示测量结果。
2、测评心得。
一、测评内容
1.1 MCC基本配置
利用MPLAB编译环境的MCC模块配置PIC18F16Q40单片机的System module、Pin mode、ADCC、UART和DAC，它们的配置如下图所示。首先值得注意的是，Pin mode上有一些引脚是固定引脚，是动不了的，还有一些是特殊功能引脚（选择相应的模块后会显示来），这个可以动，但是有限制范围；其次ADCC模块在配置Computation Feature那一栏，需要设置重复采样的次数(Repeat）和数字低通滤波的截至频率（Cut off frequence of LPF）。
图1.1 System module配置
图1.2 Pin module配置
图1.3 ADCC配置
图1.4 UART配置
图1.5 DAC配置
1.2 ADCC采样外部模拟电压
外部模拟电压用函数发生器生成，由于要用到ADCC数字低通滤波的性能，所以特意生成了这样一个波形：在1V的直流电压上叠加了1个0.5V的100KHz的正弦信号（该正弦信号模拟高频噪声），函数发生器的配置如图1.6、1.7所示，该外部模拟电压的波形如图1.6所示。点击MCC的Generate，生成各个模块的初始化函数和相应的功能函数，其中初始化函数会自动出现在源文件中，而哪些特定功能函数要根据自己需要进行添加。接下来讨论程序部分。
图1.6 函数发生器设置(1）
图1.7 函数发生器设置(2）
图1.8 外部模拟信号波形
工程的的main.c文件的程序如下图所示。该程序主要包含两个部分，第一部分是对外部模拟电压的采样【2】，第二部分是对采样的结果进行数字低通滤波处理（这个放在下一个小节讨论）。对模拟电压的采样主要包括两个函数，ADCC_DischargeSampleCapacitor()和ADCC_GetSingleConversion()，ADC采样的通道用函数ADCC_DischargeSampleCapacitor()设置，而模拟电压采样的点数用函数ADCC_GetSingleConversion()来获得，模拟电压=（点数/4096）*参考电压，4096为212，参考电压可以是VDD，也可以是FVR（Fixed Voltage Reference），根据实际需求来选择，如果是VDD，那么这里的参考电压就是3.3V。
#include "mcc_generated_files/mcc.h"
#include "stdio.h"
#include "lay.h"
uint16_t volatile adcVal;
uint16_t volatile adcFilterVal;
int DAC_BCD;
int DACx16;
void main(void)
{
SYSTEM_Initialize();//系统初始化函数：时钟、UART、ADCC、DAC模块初始化
INTERRUPT_GlobalInterruptHighEnable();//中断使能
while (1)
{
/*将输入的模拟电压转化为数字电压，并对数字电压进行滤波，
* 滤除高频噪声。 模拟电压的输入端为ANA0,输入引脚为RA0*/
ADCC_DischargeSampleCapacitor();//设置ADC采样通道
adcVal = ADCC_GetSingleConversion(channel_ANA0);//模数转换
adcFilterVal = ADCC_GetFilterValue();//低通滤波
printf(" adcFilterVal %d \r\n", adcFilterVal);//打印滤波前的采样点数
printf(" adcVal %d \r\n", adcVal);//打印滤波后的采样点数
/*将采样模拟电压所得的12bitADC的点数转化为8bitDAC的点数,
* 并输出模拟电压,输出端为DACOUT2,输出引脚为RA2*/
DAC_BCD = ( adcFilterVal ) * 16;
DAC_BCD = ( adcFilterVal ) / 4096;
DAC_BCD = ( adcFilterVal ) / 16;
printf(" i %d \r\n", DAC_BCD);
DACx16 = BCD_to_HEX(DAC_BCD);//将十进制数转化为16进制数
DAC1_SetOutput(DACx16);//将8bit采样点数进行输出
printf(" DAC16 %d \r\n", DACx16);
delay_ms(5);
}
}
1.3 ADCC进行数字低通滤波
这里的数字滤波不是说在单片机的ADC输入引脚上并联滤波电容，也不是说用运放搭建低通滤波器对输入信号进行预处理，而是指对采样后所得的点数进行滤波，具体的算法【3】如图1.9所示，ADCRS为数字滤波的截止频率，该值越大，那么输出值到达稳定所需的时间就越长，这一点会在下一章进行讨论。简而言之，这里的数字滤波就是：先前累加器的数值（点数）+当前ADC采样的平均值（点数）- （先前累加器的数值/2截至频率），先前ADCC会对模拟电压采样100次（MCC的Repeat)，让后对其求取平均值，将该平均值放入累加器，每进行一次低通滤波运算，累加器会进行移位，移除原来的平均值，吸收新的平均值作为先前累加器的数值，并与当前ADC采样的平均值参与下一次低通滤波运算。低通滤波的流程图如图1.10所示。
图1.9 数字低通滤波算法
图1.10 数字低通滤波流程图
二、结果展示
对写好的程序进行编译、下载和运行，用函数发生器的探头夹连接PIC18F16Q40开发板的RA0引脚，用示波器的探头夹连接PIC18F16Q40开发板的RA2引脚，用USB-TTL工具将PIC18F16Q40开发板与电脑进行连接，打开串口调试助手进行调试。测试环境如图2.1所示。
图2.1 测试实物图
运行程序以后，串口调试助手的界面如图2.2所示，动态视频如附件一所示。 adcVal是实时采样点数，adcFilterVal是对采样点数进行滤波后的数值，可以看到adcVal与adcFilterVal都是在变化，虽然DACx16变化比较大（叠加了高频噪声），但是adcFilterVal逐渐趋于稳定值（进行了低通滤波），转化后的电压近似为1V，达到了预期的效果，将经过低通滤波后的采样点数导入Excel表，绘制散点图如图2.3所示，低通滤波所需的时间取决于ADCRS。另外DACx16是将滤波后的数字点数进行模拟电压输出，该值与adcVal大小相同，只不过adcVal是10进制，而DACx16是16进制。输出后的模拟电压的变化视频如附件二所示，这是一个经过低通滤波的动态达到稳定的过程。
图2.2 串口调试助手结果展示图
图2.3 ADCC采样点动态趋于稳定曲线
三、测评心得：
本次测评展示了ADCC模块的的低通滤波功能，该项目的程序见附件三。以我的主观观点，我觉得这是ADCC的核心特性之一，也是ADCC的活力所在，如果没有它，那么它和普通ADC也就没有太大的区别了。ADCC外设可以通过数字滤波减少芯片外围滤波电路的使用，这样一方面既可以减少生产成本，又可以缩小PCB板的面积，可谓是一举两得。ADCC还有其它的功能，只不过没有它在信号处理-低通滤波中的那么耀眼罢了。
参考文献：
【1】Microchip Technology Inc.Getting Started with ADCC for PIC18[DB/OL].(2020)[2021-06-14].https://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/TB3263-Getting-Started-with-ADCC-for-PIC18-90003263B.pdf.
【2】Microchip Technology Inc.Getting Started with ADCC for PIC18[DB/OL].(2020)[2021-06-14].https://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/TB3263-Getting-Started-with-ADCC-for-PIC18-90003263B.pdf.
【3】Microchip Technology Inc.Using PIC18F26K42's 12-bit ADC² in Low-Pass Filter Mode[DB/OL].(2020)[2021-06-14].https://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/AN2749-Using-PIC18F26K42-ADC2-00002749A.pdf.
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