PDF《AN2572》

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2018 Microchip Technology Inc.

DS00002572A_CN 第1页AN2572 tinyAVR? 1系列的ADC过采样 特性 ? 通过过采样提高Microchip tinyAVR ? 1系列器件的ADC分辨率 ? 平均值计算和抽取 ? 已实现了ATtiny817的Atmel START示例项目可将10位分辨率提高到12位分辨率 ? 在源代码中显示配置选项以选择: C ADC输入引脚 C ADC采样率 ? ADC结果通过USART发送到串行终端.将显示测得的模拟输入电压(单位:V)――为进行比 较,将同时显示过采样结果和正常结果. 简介 Microchip tinyAVR ? 1系列控制器提供10位分辨率的模数转换器.在大多数情况下,10位分辨率已足够, 但在某些情况下,需要更高的精度.可使用特殊的信号处理技术提高测量的分辨率.通过使用称为 过采 样和抽取 的方法,可以实现更高的分辨率,而无需使用外部ADC.例如,使用10位ADC时,可通过过采 样技术实现12位结果.本应用笔记说明了该方法的工作原理,以及该方法正常工作所需满足的条件.本应 用笔记还提供了用于实现此过采样技术的源代码(符合上述工作原理). AN2572 ?

2018 Microchip Technology Inc. DS00002572A_CN 第2页 目录 特性.1 简介.1 1. 相关器件

3 1.1 tinyAVR 1系列

3 2. 工作原理

4 2.1 采样频率.4 2.1.1 ADC时钟限制.4 2.2 过采样和抽取.4 2.3 噪声.4 2.4 平均值计算

7 2.5 过采样和抽取 在何时起作用?8 3. 从Atmel | START获取源代码.10 4. 源代码概述.11 5. 宏配置.12 6. 应用程序流程图.13 7. 过采样演示应用程序的工作原理.14 8. 版本历史

15 Microchip网站.16 变更通知客户服务.16 客户支持.16 Microchip器件代码保护功能.16 法律声明.17 商标.17 DNV认证的质量管理体系.18 全球销售及服务网点

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2018 Microchip Technology Inc. DS00002572A_CN 第3页1. 相关器件 本章列出了本文档的相关器件. 1.1 tinyAVR 1系列 下图给出了tinyAVR 1系列器件,说明了不同引脚数型号与存储器大小的关系. ? 垂直向上移植无需修改代码,因为这些器件的引脚彼此兼容,可提供相同甚至更多的功能. 而向下移植可能需要修改代码,因为某些外设的可用引脚数较少. ? 水平向左移植会减少引脚数,进而减少可用的功能. 图1-1. tinyAVR ? 1系列器件概览 具有不同闪存大小的器件通常也具有不同的SRAM和EEPROM. AN2572 ?

2018 Microchip Technology Inc. DS00002572A_CN 第4页2. 工作原理 本章说明了过采样如何处理所有必要的数学细节. 2.1 采样频率 奈奎斯特定理指出,信号的采样带宽必须至少为信号带宽的两倍才能准确重建波形;

否则,高频 分量将在所关注频谱(通带)内的某一频率处发生混叠.根据奈奎斯特定理,所需的最小采样频 率是奈奎斯特频率. 公式2-1. 奈奎斯特频率 其中,fsignal是输入信号中所关注的最高频率.如果采样频率高于fnyquist,则称为 过采样 .不过,此采样频率仅仅是理论上的绝对最小采样频率.实际上,用户通常希望尽可能使用最高采样 频率,以便尽可能得出所测量信号在时域中的最佳表示.因此,可以说在大多数情况下输入信号 均已进行过采样. 采样频率是CPU时钟的预分频结果;

预分频系数越小,得到的ADC时钟频率越高.在某个点上, 较高的ADC时钟会降低转换精度,因为有效位数(Effective Number of Bit,ENOB)将减少. 2.1.1 ADC时钟限制 如果Microchip tinyAVR ? 1系列器件要获得10位分辨率的转换结果,ADC时钟频率最大应为1.5 MHz. 当ADC时钟为1.5 MHz时,采样频率为150 ksps,这会将采样信号的上限频率限制在75 kHz左右. 2.2 过采样和抽取 过采样技术需要更多的采样.这些额外的采样可以通过对信号进行过采样来实现.分辨率每增加n 位,就必须对信号进行4 n 次过采样.以下公式给出了信号采样时必须使用的频率: 公式2-2. 过采样频率 2.3 噪声 为使此方法正常工作,在转换过程中所关注的信号分量不应有很大的变化.然而,成功提高分辨 率的另一个标准是在采样时输入信号必须略微变化.这看似矛盾,但此时的变化意味着只有几个 LSB.此变化应看作信号的噪声分量.当对信号进行过采样时,应存在噪声,以满足信号略微变化 这一要求.ADC的量化误差至少为0.5 LSB.因此,噪声幅值必须超过0.5 LSB才能切换LSB.1-2 LSB的噪声幅值甚至更好,因为这将确保几次采样结束时不会得到相同的值. 使用抽取技术时的噪声标准: AN2572 ?