嵌入式软件的模拟量数字化处理

2023-12-14 13:44

本文主要是介绍嵌入式软件的模拟量数字化处理,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

  1. 引言

在嵌入式系统中,模拟量通过采样调理电路,转换为电压信号,送入MCU的AD采样口,由MCU的A/D转换单元,实现模数转换,MCU通过PWM(或其他的DA方式)实现了数模转换。此外MCU对外存在对外的通信接口,使得MCU内的数据实现了可视化。

2.模拟量在嵌入式系统的功能

在嵌入式系统中,数字化的模拟量,在MCU内的处理主要包含了如下环节:A/D采样单元、数字控制单元、PWM调制单元,计算单元、检测及保护单元、通信单元等组成。

3.常见的模拟量数字化处理方式

在实际操作中,常见有如下三种处理方式:

(1)AD结果直接应用的方式:该方式将AD结果读取后,直接作为模拟量的数字化结果应用于图 2所示的各个功能模块。各个功能模块内的比较、计算的数值经过线下计算后应用于嵌入式软件内。

(2)AD结果标幺后应用的方式;该方式根据系统的额定设置值,将当前值与额定值得比值作为当前该模拟量的数值,再应用于图 2所示的各个功能模块。各个模块内的比较、计算的数值经过线下(或线上)的计算获得相应的标幺值,应用于嵌入式系统中。

(3)AD结果“归一”后应用的方式;该方式的“归一”指的是“归一”到国际单位。即将模拟量采样的数值经过一定的数值变换,转换为与国际单位一样的数值,再应用于图 2所示的各个功能模块。各个模块内的比较、计算的数值直接应用于嵌入式系统中。

4.“归一”的AD采样方式

(1)“归一”的AD处理方式

模拟信号的A/D采样如图3所示(以TIDSP为例),模拟信号经过相应的采样调理电路,输入AD采样口,DSP内的AD采样单元读取采样结果后置于寄存器内,嵌入式软件读取相应结果,进行如下的软件处理:

(1)扣除叠加的1.5V偏置(如果硬件电路添加了偏置电路):采取A:-2048*16;B:^0x8000

(2)零偏校准;

(3)“归一”化A/D处理:*Ksoft,获得与国际单位相同的模拟量

    1. (2)“归一化处理的优缺点

优点:

  • 经过AD处理完成的模拟量,用于数字控制、计算、检测及保护、PWM调制、通信等单元的数值只有一种数据格式,软件格式清楚
  • 软件清晰,有利于简化程序,提高程序的可继承性、可移植性;
  • 数据结构清晰,减少编程人员犯错的机会,较少Bug,利于软件调试(尤其是控制部分的调试)

缺点:

  • 需要充分考虑数值范围、数据溢出的情况:过度的提高数值范围,使得精度大大缩减,影响了数值的精度;
  • 需要充分考虑数据精度问题:过度考虑数值精度,将影响数值的范围。同时,无意义的提高数值精度也是无意义的。

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