转换精度 python

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架构领航博主 2024-10-23 21:46:35

文章标签 转换精度 python 寄存器引脚初始化 文章分类 Python 后端开发

1.3.1 基本概念

1．转换精度

转换精度（Conversion accuracy）是指数字量变化一个最小量时对应模拟信号的变化量，也称为分辨率（Resolution），通常用模数转换器ADC的二进制位数来表征。

2．单端输入与差分输入

只使用一个输出引脚，使用公共地GND作为参考电平的叫做单端输入。而从微机的两个引脚接入模拟信号，AD采样值是两个引脚的电平差值叫做差分输入。

通常在AD转换编程时，把每一路模拟量称为一个通道（Channel），使用通道号（Channel number）表达哪个模拟量。这样，在单端输入情况，通道号与一个引脚对应，在差分输入情况，与两个引脚对应。在STM32L4系列芯片中，ADC 通道 0、 16、 17、 18 连接至单端外部模拟输入或内部通道，无对应引脚，因此其强制采用单端配置。

3．软件滤波问题

即使输入的模拟量保持不变，常常发现利用软件得到的AD值也不一致，其原因可能是电磁干扰，也可能是模数转换器ADC的本身转换误差，但是许多情况下，可以通过软件滤波（Filter）方法给予解决。

4．物理量回归问题

在实际应用中，得到稳定的AD值以后，还需要把AD值与实际物理量对应起来，这一步称为物理量回归（Regression）。

AD转换物理量回归问题，可以转化为数学上的一元回归分析（Regression analysis）问题，也就是一个自变量，一个因变量，寻找它们之间的逻辑关系。设AD值为x，实际物理量为y，物理量回归需要寻找它们之间的函数关系：y=f(x)。许多情况下，这种关系是非线性的，人工神经网络可以较好地应用于这种非线性回归分析中。

5．量化误差

在把模拟量转换为数字量过程中，要对模拟量进行采样和量化，使之转换成一定字长的数字量，量化误差（Quadratuer Error）就是指模拟量量化过程而产生的误差。

6．转换速度

转换速度通常表示完成一次AD转换花费的时间。在STM32L4系列芯片中，完成一次完整的AD转换时间是配置的采样时间与逐次逼近时间（具体取决于采样精度）的总和。例如，如果ADC的时钟频率为FADC_CLK，时钟周期为TADC_CLK。采样精度为12位时，逐次逼近时间固定为12.5个ADC时钟周期。其中采样时间可以由SMPx[2:0]寄存器控制，每个通道可以单独配置。计算转换时间TCONV为：

转换精度 python_引脚

7．AD参考电压

AD转换需要一个参考电平。比如要把一个电压分成1024份，每一份的基准必须是稳定的，这个电平来自于基准电压，就是AD参考电压。

1.3.2 芯片ADC基本特征

ADC转换模块：模数转化模块，将电压信号转化为对应的数字信号。实际应用中，这个电压信号可能由温度、湿度、压力等实际物理量经过传感器和相应的变换电路转化而来。经过AD转化后，MCU就可以直接处理这些物理量。

STM32L431芯片共有19个通道，0号通道为内部电压监测通道，17号通道为内部温度监测通道，18号通道为内部电源监测通道，这三个通道为内部通道，没有对应的引脚。而且，通道16连接至单端外部模拟输入，因此0、16、17、18通道强制采用单端配置（相应的 DIFSEL[i] 位始终为零）

1.3.3 ADC编程基本步骤

本节将会通过直接地址对寄存器进行位操作，以实现ADC模块的初始化，并对13~15通道的ADC值进行读取。该部分程序的具体代码见“User_STM32_ADC_Simple_20200506”。在开始操作前，需要先定义相应的变量，以将需要用到的寄存器的基地址存在指定变量中，变量定义的语句如下。

vuint_32* RCC_BaseAddr; //RCC基地址 vuint_32* ADC1_BaseAddr; //ADC1模块基地址 RCC_BaseAddr=(vuint_32)0x40021000; ADC1_BaseAddr=(vuint_32)0x50040000; //0x4002104c AHB2外设时钟使能寄存器基地址RCC->AHB2ENR vuint_32* RCC_AHB2ENR=(vuint_32)(RCC_BaseAddr+0x13); vuint_32 ADC1_ISR=(vuint_32)ADC1_BaseAddr; //0x50040000 vuint_32 ADC1_CR=(vuint_32)(ADC1_BaseAddr+0x2); //0x50040008 vuint_32 ADC1_CFGR=(vuint_32)(ADC1_BaseAddr+0x3); //0x5004000C vuint_32 ADC1_SMPR1=(vuint_32)(ADC1_BaseAddr+0x5); //0x50040014 vuint_32 ADC1_SMPR2=(vuint_32)(ADC1_BaseAddr+0x6); //0x50040018 vuint_32 ADC1_SQR1=(vuint_32)(ADC1_BaseAddr+0xC); //0x50040030 vuint_32 ADC1_DR=(vuint_32)(ADC1_BaseAddr+0x10); //0x50040040 vuint_32 ADC1_DIFSEL=(vuint_32)(ADC1_BaseAddr+0x2C); //0x500400B0 vuint_32 ADC1_CCR=(vuint_32*)(ADC1_BaseAddr+0xC2); //0x50040608

ADC1模块配置步骤如下所示。

1．初始化ADC模块

初始化adc的具体步骤如下所示。

1）开启ADC时钟，时钟频率=总线时钟/4,预分频系数为2

RCC_AHB2ENR \|= (1<<13); ADC1_CCR \|= (3<<16);

2）退出掉电状态并使能稳压器,ADC默认处于掉电状态以降低功耗

ADC1_CR &= ~(1<<29); ADC1_CR \|= (1<<28);

3）初始化ADC控制寄存器,清零各个控制位

ADC1->CR &= 0x3fffffc0;

4）单端差分选择,但0,16~18通道只能选择单端模式

*ADC1_DIFSEL&=~(1<<Channel);

5）开启ADC

*ADC1_CR \|= (1<<0);

6）设置采样时间为12.5个时钟周期，0~9号通道使用SMPR1寄存器配置，10~18号通道使用SMPR2寄存器配置。而且，SMPx[2:0]从000~111分别对应6.5，12.5，24.5，47.5，92.5，247.5，640.5个ADC时钟周期。

if((int)Channel >= 0 && (int)Channel <= 9 ) { BCLR(Channel3,ADC1_SMPR1); BSET(Channel3+1,ADC1_SMPR1); BCLR(Channel3+2,ADC1_SMPR1); } if((int)Channel >= 10 && (int)Channel <= 18 ) { BCLR((Channel%10)3,ADC1_SMPR2); BSET((Channel%10)3+1,ADC1_SMPR2); BCLR((Channel%10)3+2,ADC1_SMPR2); }

7）精度和数据对齐方式

精度和数据对齐方式由CFGR寄存器的RES[1:0],Align位决定（RES[1:0]即第3、4位，Align即第5位）。RES[1:0]从00~11分别对应精度位数为12，10，8，6。Align=0，则是右对齐，反之左对齐。默认配置即为12位精度，右对齐。

8）常规单次不连续转换模式

采用单次不连续模式读取ADC时，MCU每次只读一次通道值，可通过对多次ADC值取平均值减小误差。

ADC1_CFGR \|= (1<<16); //设置常规转换单次采集 ADC1_CFGR &= ~(1<<13); //单次转换模式 ADC1_CFGR &= ~(7<<17); //一个通道 ADC1_CFGR &= ~(3<<10); //禁止硬件触发检测

9）常规通道序列长度为1