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刘洋

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KL25 16位单端ADC最高转换频率下代码效率测试及被采波形复现

一,    KL25 16ADC最高转换率基本知识
  要将16ADC的转换率配置为最高,首先需要选择最高的ADC模块转换时钟频率,16ADC模块转换时钟范围可以在KL25datasheet中查看到:
1.jpg

图1

如果实际的Bus时钟配置为24Mhz,那么ADC转换时钟频率fADCK要达到最高,就需要bus时钟二分频,即ADCx_CFG1[ADICLK]=(0b)01
         从用户手册中可知,ADC的转换时间公式为:
   Conversiontime=SFCAdder+AverageNum*(BCT+LSTAdder+HSCAdder).
其中SFCAdder为单次或者连续采样的第一次转换时间,具体的时间可以查看如下表格:

2.jpg

AverageNum即平均数因子,由SC3[AVGE]SC3[AVGS]寄存器配置决定。可以通过如下表格查看具体情况:

3.jpg

BCT,基本转换时间,这个和选择的ADC转换位数以及单端还是差分有关,具体可以查看如下表格:

4.jpg

LSTAdder,即长采样时间,具体可以查看如下表格:

5.jpg

HSCAdder,即高速转换时间,具体可以查看如下表格:

6.jpg

如果想配置ADC16位单端的最高采样频率,则可以做如下配置:


116位单端模式,bus时钟24Mhz作为输入源
2)输入时钟二分频作为ADC的转换时钟频率fadck.
3)长采样时间禁止
4)高速采样使能
5)连续采样,平均因子选择为1.
通过如上的设置可以知道,首次单端连续采样的时间=5 ADCK cycles + 5 bus clock cycles+25 ADCK cycles +2 ADCK cycles=2.875us


其余的连续采样时间=25 ADCK cycles +2 ADCK cycles=2.25us则可以知道,以后的连续采样频率可以最高可以高达444.44khz


下面讲一下乃奎斯特采样定理:在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率大于信号中最高频率的2倍时,采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5~10倍;


所以可以知道,实际应用中,我们能够达到的信号采样频率可以高达(44Khz~88khz)。当然,随着一个周期中采样点的减少,波形肯定会变的不是很好。


二,    KL25 16ADC最高转换率软件配置
本文通过使用CWPE里的Init_ADC模块配置,具体配置情况如下:

7.jpg

可以看到,和计算的结果一样,16ADC的连续转换时间可以达到2.25us,即转换频率可以达到444.44Khz,除了第一次转换之外。另外,ADC的引脚选择的是ADC0_SE8/TSI0_CH0/PTB0/LLWU_P5/I2C0_SCL/TPM1_CH0
然后在ADC的转换完成中断中加上如下代码:
   void ADC0_Isr(void)
    {

       if (( ADC0_SC1A & ADC_SC1_COCO_MASK ) == ADC_SC1_COCO_MASK)
        {
              
if(cnt

如果 ADC0 转换完成,则取值放到数组 envia_dados 中,一共取 200 个点,取
完则关 闭 ADC 中断 。

三, ADC 中断中代码效率测试

通 过 systick 测试取 值代码 时间, 测试代 码如下 :
cnt=1;
systick_init();
cnt_start_value = SYST_CVR;
if(cnt<200) envia_dados[cnt++] = ADC0_RA;
else ADC0_SC1A &= 0xbf;
cnt_end_value = SYST_CVR;
systick_disable();
overhead = cnt_start_value - cnt_end_value-overhead;
printf("systick start value: 0x%xnr", cnt_start_value);
printf("systick end value: 0x%xnr", cnt_end_value);
printf("systick current value read overhead: 0x%xnr", overhead);
其中 overhead 是连 续两次读 SYST_CVR;所花费的 systick 值,测出来是 7。
打印出的结果如下:  
systick start value: 0 xfffff3  
systick end valu e: 0xffffc2  
systick current value r ead over head: 0x2a
则可知,读取的代码执行需要 0 x2a=42, 则一共花 费的时 间=42 /48Mh z=0.875us,
在一次 ADC 转换时间 2.25us 之间,所以不会影响 ADC 的采样。

四, ADC 16 位实际采样结果测试
使用信号发生器分 别产 生 20Khz,50khz,80khz,然后将 ADC 配 置为最大转
换率,分别测试 20Khz ,50Khz,  80Khz 得到的 ADC 结果,通 过串口 打印出来之后,
再将点画成图,看波形是否失真。一共存储 200 个 ADC 值,即可以存 储大概
450us 的波形。 下面分 别展示 在 20Khz,50khz,80khz 下的测试结果。
(1)20Khz
测试原波形:
8.jpg
测试 ADC 转换后的波形:
9.jpg
可见正弦波能够很清楚的回显出来,而且非常光滑。转换后的波形的横坐标是取
的点号,一共 200 个点 ,纵坐 标为 ADC 的采样值,最高值对应 2.5V 。


250khz
测试原波形:

8.jpg

测试ADC转换后的波形: 10.jpg


可见波形没有20K的时候光滑,但是波形还是能显示出来。


380khz
测试原波形:   

11.jpg


测试ADC转换后的波形:

12.jpg

可见,测试之后的波形光滑度已经很低,这时候,ADC转换率大概是被采波形的5倍,随着采样倍数的减小,波形光滑度降低,但是基本还是能复现原波形。


五,    附件
给出了测试代码,感兴趣大家可以自行查看测试

KL25_ADC.rar (320.72 KB)
(下载次数: 1, 2014-12-30 10:59 上传)





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