摘 要： 針對(duì)TMS320F2812在信息采集中存在的精度不夠，采樣值與真實(shí)值偏離過大的問題，本文采用了一種ADC校正算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)ADC存在的增益誤差和偏移誤差進(jìn)行補(bǔ)償，結(jié)合簡易的硬件電路，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)ADC采樣精度的補(bǔ)償。
關(guān)鍵詞： TMS320F2812；ADC校正算法；增益誤差；偏移誤差
0 引言
DSP芯片在信號(hào)處理方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其采用了先進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高一倍[1-3]。本文選擇TI公司的TMS320F2812為系統(tǒng)的核心，它是一款32位的DSP芯片，TMS320F2812具有12位ADC模塊，理論上采樣精度可以達(dá)到9位，約為 0.2%左右，但在實(shí)際應(yīng)用過程中并不讓人滿意，采樣值和真實(shí)值之間的相對(duì)誤差很大，有時(shí)甚至超過15%，這會(huì)給實(shí)際應(yīng)用帶來很大的麻煩[4]。為了提高TMS320F2812的采樣精度，本文采用ADC校正算法進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，取得了很好的效果。
1 ADC的工作方式選擇
TMS320F2812的ADC模塊共有16個(gè)采樣通道，可分為兩組：一組是ADCINA0~ADCINA7，另一組ADCINB0~ADCINB7[5-6]。ADC模塊的時(shí)鐘頻率最高可配置為25 MHz，采樣頻率最高為12.5 MS/s，也就是說每秒最高能完成12.5個(gè)百萬次采樣，內(nèi)置2個(gè)采樣保持器S/H-A、S/H-B和2個(gè)序列發(fā)生器SEQ1、SEQ2；基于上述結(jié)構(gòu)，選擇不同的采樣方式和不同的序列發(fā)生器模式，就有不同的工作方式，所以ADC共有4種工作方式，每種工作方式都有各自的特點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。
根據(jù)本文校正需要，DSP需要同時(shí)采集兩路精準(zhǔn)電源信號(hào)，為了保證兩路信號(hào)的實(shí)時(shí)性要求，本文選擇級(jí)聯(lián)模式下的并發(fā)采樣的工作方式，一次采集2個(gè)通道，可以保證兩路信號(hào)的實(shí)時(shí)性要求，ADC初始化程序如下：
void InitAdc（void）
{
unsigned int i；
AdcRegs.ADCTRL1.bit.RESET=1；
NOP；
AdcRegs.ADCTRL1.bit.RESET=0；
AdcRegs.ADCTRL1.bit.SUSMOD=3；
AdcRegs.ADCTRL1.bit.ACQ_PS=0；
AdcRegs.ADCTRL1.bit.CPS=0；
AdcRegs.ADCTRL1.bit.CONT_RUN=0；
AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC=1；
AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCBGRFDN=3；
for（i=0；i<10000；i++）NOP；
AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCPWDN=1；
for（i=0；i<5000；i++）NOP；
AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCCLKPS=15；
AdcRegs.ADCTRL3.bit.SMODE_SEL=1；
AdcRegs.MAX_CONV.bit.MAX_CONV=5；
AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV00=0x0；
AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV01=0x1；
AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV01=0x2；
…
}
2 ADC校正原理
ADC模塊的誤差不僅包括器件本身特性引起的零點(diǎn)、增益、非線性誤差，這些因素很難通過措施補(bǔ)償，但ADC模塊的轉(zhuǎn)換特性是線性的，可以通過適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行補(bǔ)償。ADC的轉(zhuǎn)換特性曲線如圖1所示。
從圖中可以看出，理想的ADC轉(zhuǎn)換特性曲線并不存在增益誤差和偏移誤差，所以可以求得模擬輸入量X和數(shù)字量輸出量Y的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，一條過零點(diǎn)的正比例函數(shù)，該直線恒過（34 095）點(diǎn)，4 095是結(jié)果緩沖寄存器的值右移4位后0x0FFF，但實(shí)際中由于增益誤差和偏移誤差的存在，模擬量和數(shù)字的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：
Y=KX+b（1）
式（1）中的K和b是未知量，只要求得K和b的值，那么通過ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果緩沖寄存器得到的數(shù)據(jù)Y，就可以計(jì)算出實(shí)際的輸入電壓值X。對(duì)于這個(gè)二元一次方程，只要找到如式（2）所示的兩個(gè)方程組就可以求得K和b。
為了能求得K和b的值，可以在硬件電路中增加兩路精準(zhǔn)電源作為參考電壓，本文提供給ADCINA0和ADCINB0采樣通道，也就是X1和X2，通過讀取ADCINA0和ADCINB0結(jié)果緩沖寄存器可以獲得Y1和Y2，通過式（2）可獲得K和b的值，如式（3）所示：
所以實(shí)際的輸入值為式（4）：
3 ADC校正算法
由ADC校正原理可以知道，只要在硬件電路上提供兩路精準(zhǔn)電壓就可以求得式（3）的K和b值，由這兩個(gè)參數(shù)通過式（4）去校正其他通道的采樣值。本文ADC共采集6路信號(hào)，兩路校正信號(hào)（ADCINA0、ADCINB0）和4路待被校正信號(hào)（ADCINA1、ADCINB1、ADCINA2、ADCINB2），對(duì)每個(gè)通道同時(shí)采樣N次，對(duì)結(jié)果進(jìn)行排序，去掉最大值和最小值，取中間N/2平均值，每個(gè)平均值作為采樣結(jié)果等待處理，對(duì)參考通道ADCINA0和ADCINB0的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，求得增益K和偏移b，為了更好地測(cè)試其可行性，本文取N等于8，在實(shí)際應(yīng)用中可以將N取大些以便于提高精準(zhǔn)度。算法流程如圖2所示。
4 結(jié)果驗(yàn)證
為了驗(yàn)證ADC校正算法的有效性，本文在硬件電路設(shè)計(jì)中加入了兩路精準(zhǔn)電源作為參考電壓ADCINA0= 0.502 V、ADCINB0=1.801 V，軟件的調(diào)試選用CCS3.3，調(diào)試完成后同時(shí)給ADCINA1、ADCINB1、ADCINA2、ADCINB2加上不同的電壓，然后打開CCS3.3軟件下的watch windows觀察變量的值，可以得到表1的數(shù)據(jù)。
在觀察watch windows下的變量值時(shí)，數(shù)據(jù)位會(huì)不停地變化和刷新，記錄一次采樣的值可能不準(zhǔn)確，所以可以多測(cè)幾次。從表中數(shù)據(jù)可以看出，ADC校正算法良好，校正后的結(jié)果與真實(shí)值很接近。
5 結(jié)論
本文采用了ADC校正算法對(duì)TMS320F2812數(shù)據(jù)采集進(jìn)行校正，在硬件電路中設(shè)計(jì)了兩路精準(zhǔn)的參考電壓，為軟件校正提供硬件支持。通過實(shí)驗(yàn)證明，ADC校正算法提高了TMS320F2812數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度，解決了在實(shí)際應(yīng)用中理論值和實(shí)際值的偏差問題。
參考文獻(xiàn)
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[4] 顧衛(wèi)鋼.手把手教你學(xué)DSP基于TMS320X281x[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.
[5] Texas Instruments. TMS320F28x analog to digital converter（ADC） reference guide[Z]. 2003.
[6] Texas Instruments. TMS320x281x， 280x serial communications interface（SCI）reference guide （Rev.B）[Z].2004.