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adc 取樣時間 取樣週期數 取樣頻率計算(以stm32為例)

ADC轉換就是輸入模擬的訊號量,微控制器轉換成數字量。讀取數字量必須等轉換完成後,完成一個通道的讀取叫做取樣週期取樣週期一般來說=轉換時間+讀取時間。

而轉換時間=取樣時間+12.5個時鐘週期。

取樣時間是你通過暫存器告訴stm32取樣模擬量的時間,設定越長越精確

一 STM32 ADC取樣頻率的確定

1.       :

先看一些資料,確定一下ADC的時鐘:

(1),由時鐘控制器提供的ADCCLK時鐘和PCLK2(APB2時鐘)同步。CLK控制器為ADC時鐘提供一個專用的可程式設計預分頻器。

(2) 一般情況下在程式 中將 PCLK2 時鐘設為 與系統時鐘 相同

    /* HCLK = SYSCLK */

    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

    /* PCLK2 = HCLK */

    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

    /* PCLK1 = HCLK/2 */

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

(3)在時鐘配置暫存器(RCC_CFGR) 中 有 為ADC時鐘提供一個專用的可程式設計預分器

位15:14 ADCPRE:ADC預分頻

由軟體設定來確定ADC時鐘頻率

00:PCLK2 2分頻後作為ADC時鐘

01:PCLK2 4分頻後作為ADC時鐘

10:PCLK2 6分頻後作為ADC時鐘

11:PCLK2 8分頻後作為ADC時鐘

我們可對其進行設定 例如:

    /* ADCCLK = PCLK2/4 */

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div4);

另外 還有 ADC 時鐘使能設定

/* Enable ADC1, ADC2 and GPIOC clock */

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_ADC2 |

                         RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

(4)16.7 可程式設計的通道取樣時間

ADC 使用若干個ADC_CLK 週期對輸入電壓取樣,取樣週期數目可以通過

ADC_SMPR1和ADC_SMPR2暫存器中的SMP[2:0]位而更改。每個通道可以以

不同的時間取樣。

總轉換時間如下計算:

TCONV(轉換時間) = 取樣時間+ 12.5 個週期

例如:

當ADCCLK=14MHz  和 1.5週期的取樣時間:

TCONV = 1.5 + 12.5 = 14週期= 1μs

SMPx[2:0]:選擇通道x的取樣時間

這些位用於獨立地選擇每個通道的取樣時間。在取樣週期中通道選擇位必須保持不變。

000:1.5週期100:41.5週期

001:7.5週期101:55.5週期

010:13.5週期110:71.5週期

011:28.5週期111:239.5週期

注:

– ADC1的模擬輸入通道16和通道17在晶片內部分別連到了溫度感測器和VREFINT。

– ADC2的模擬輸入通道16和通道17在晶片內部連到了VSS。

2.     具體分析如下:

(1)我們的輸入訊號是50Hz (週期為20ms),初步定為1週期200個取樣點,(注:一週期最少採20個點,即取樣率最少為1k) ,每2個 取樣點間隔為 20ms /200 = 100 us

ADC可程式設計的通道取樣時間 我們選最小的 1.5 週期,則 ADC取樣週期一週期大小為

100us /1.5=66us 。 ADC 時鐘頻率為 1/66us =15 KHz。

  ADC可程式設計的通道取樣時間 我們選71.5 週期,則 ADC取樣週期一週期大小為

(100us /71.5) 。 ADC 時鐘頻率為 7.15MHz。

(2)接下來我們要確定系統時鐘:我們 用的是 8M Hz 的外部晶振做時鐘源(HSE),估計得 經過 PLL倍頻 PLL 倍頻係數分別為2的整數倍,最大72 MHz。為了 提高資料 計算效率,我們把系統時鐘定為72MHz,(PLL 9倍頻)。則PCLK2=72MHz,PCLK1=36MHz;

我們通過設定時鐘配置暫存器(RCC_CFGR) 中 有 為ADC時鐘提供一個專用的可程式設計預分器,將PCLK2 8 分頻後作為ADC 的時鐘,則可知ADC 時鐘頻率為 9MHz

        從手冊可知: ADC 轉換時間:

STM32F103xx增強型產品:ADC時鐘為56MHz時為1μs(ADC時鐘為72MHz為1.17μs)

 (3)由以上分析可知:不太對應,我們重新對以上中 內容調整,提出如下兩套方案:

方案一:我們的輸入訊號是50Hz (週期為20ms),初步定為1週期2500個取樣點,(注:一週期最少採20個點,即取樣率最少為1k) ,每2個 取樣點間隔為 20ms /2500 = 8 us

ADC可程式設計的通道取樣時間 我們選71.5週期,則 ADC取樣週期一週期大小為

8us /71.5 。 ADC時鐘頻率約為 9 MHz。

將PCLK2 8 分頻後作為ADC 的時鐘,則可知ADC 時鐘頻率為 9MHz

方案二:我們的輸入訊號是50Hz (週期為20ms),初步定為1週期1000個取樣點,(注:一週期最少採20個點,即取樣率最少為1k) ,每2個 取樣點間隔為 20ms /1000= 20 us

ADC可程式設計的通道取樣時間 我們選239.5週期,則 ADC取樣週期一週期大小為

20us /239.5 。 ADC時鐘頻率約為 12 MHz。

將PCLK2 6 分頻後作為ADC 的時鐘,則可知ADC 時鐘頻率為 12MHz