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news 2025/7/19 4:03:55

网站标签怎么设置,微信推广链接怎么制作,电脑微信怎么进入公众号,做app要不要建网站目录一背景说明二原理分析三电压采样四软件滤波一背景说明使用小华（华大）的MCU HC32F07X实现四个通道的 0-5V 电压采样，并对采样结果进行滤波处理。二原理分析【1】ADC原理说明： 单片机是数字芯片，…

一背景说明

二原理分析

三电压采样

四软件滤波

一背景说明

使用小华（华大）的MCU HC32F07X实现四个通道的 0-5V 电压采样，并对采样结果进行滤波处理。

二原理分析

【1】ADC原理说明：

单片机是数字芯片，只认识由0和1组成的逻辑序列。但实际情况下，生活中还有许多非0和1的模拟物理量存在，例如温度，湿度等。这时候往往需要使用到AD转换，AD转换的英文就是Analog(模拟) to Digital(数字) ，由模拟量转化为数字量；同理DA，则为Digital to Analog，数字量转化为模拟量。
ADC，Analog to Digital Converter 的缩写，中文名称模数转换器。它可以将外部的模拟信号转化成数字信号。使用它去读取IO口上的数值将不再是简单的0或1，而是连续可变的数值。ADC采样就是把随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量。

ADC几个比较重要的参数：

（1）测量范围：测量范围对于 ADC 来说就好比尺子的量程，ADC 测量范围决定了你外接的设备其信号输出电压范围，不能超过 ADC 的测量范围（比如，STM32系列的 ADC 正常就不能超过3.3V，HC32F07X的ADC可以支持5V范围内的采样）。

（2）分辨率：假如 ADC 的测量范围为 0-5V，分辨率设置为12位，那么我们能测出来的最小电压就是 5V除以 2 的 12 次方，也就是 5/4096=0.00122V。很明显，分辨率越高，采集到的信号越精确，所以分辨率是衡量 ADC 的一个重要指标。

（3）采样时间：当 ADC 在某时刻采集外部电压信号的时候，此时外部的信号应该保持不变，但实际上外部的信号是不停变化的。所以在 ADC 内部有一个保持电路，保持某一时刻的外部信号，这样 ADC 就可以稳定采集了，保持这个信号的时间就是采样时间。

（4）采样率：也就是在一秒的时间内采集多少次。很明显，采样率越高越好，当采样率不够的时候可能会丢失部分信息，所以 ADC 采样率是衡量 ADC 性能的另一个重要指标（详细参考信号处理方向书籍）。

【2】HC32F07X的ADC外设：

HC32F07X内部集成了一个 12 位高精度、高转换速率的逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)模块。具有以下特性：

■ 12 位转换精度；
■ 1M SPS 转换速度；
■ 41 个输入通道，包括 36 路外部管脚输入、 1 路内部温度传感器电压、 1 路 1/3 AVCC 电压、
1 路内建 BGR 1.2V 电压、 2 路 DAC 输出；
■ 4 种参考源： AVCC 电压、 ExRef 引脚、内置 1.5v 参考电压、内置 2.5v 参考电压；
■ ADC 的电压输入范围： 0~Vref；
■ 4 种转换模式：单次转换、顺序扫描连续转换、插队扫描连续转换、连续转换累加；
■ 输入通道电压阈值监测；
■ 软件可配置 ADC 的转换速率；
■ 内置信号跟随器，可转换高阻信号；
■ 支持片内外设自动触发 ADC 转换，有效降低芯片功耗并提高转换的实时性

ADC框图如下：

转换时序和转换速度如下所示：一次完整的 ADC 转换由转换过程及逐次比较过程组成。其中转换过程需要 4~12 个 ADCCLK，由 ADC_CR0.SAM 配置；逐次比较过程需要 16 个 ADCCLK。所以，一次 ADC转换共需要 20~28 个 ADCCLK。

ADC 转换速度的单位为 SPS，即每秒进行多少次 ADC 转换。 ADC 转换速度的计算方法为： ADCCLK的频率 / 一次 ADC 转换所需要的 ADCCLK 的个数。

ADC 转换速度与 ADC 参考电压及 AVCC 电压相关，最高转换速度如下表所示：

更多详细的内容可以参考HC32F07X芯片的DATASHEET。

三电压采样

选用引脚 PA00、PA01、PA02、PA03进行四路的电压采样，采样形式为顺序扫描，参考电压为AVCC（5V）。

【1】ADC初始化GPIO：

//模拟量输入引脚定义
#define SPL_AIN0_PORT       (GpioPortA)
#define SPL_AIN0_PIN        (GpioPin0)
#define SPL_AIN1_PORT       (GpioPortA)
#define SPL_AIN1_PIN        (GpioPin1)
#define SPL_AIN2_PORT       (GpioPortA)
#define SPL_AIN2_PIN        (GpioPin2)
#define SPL_AIN3_PORT       (GpioPortA)
#define SPL_AIN3_PIN        (GpioPin3)/**************************************************************************
* 函数名称： ADC_Init
* 功能描述： ADC初始化GPIO
**************************************************************************/
void ADC_Init(void)
{Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralGpio, TRUE);Gpio_SetAnalogMode(SPL_AIN0_PORT, SPL_AIN0_PIN);        //PA00 (AIN0)Gpio_SetAnalogMode(SPL_AIN1_PORT, SPL_AIN1_PIN);        //PA01 (AIN1)Gpio_SetAnalogMode(SPL_AIN2_PORT, SPL_AIN2_PIN);        //PA02 (AIN2)Gpio_SetAnalogMode(SPL_AIN3_PORT, SPL_AIN3_PIN);        //PA03 (AIN3)
}

【2】ADC初始化配置：

/**************************************************************************
* 函数名称： ADC_Cfg
* 功能描述： ADC初始化配置
**************************************************************************/
void ADC_Cfg(void)
{stc_adc_cfg_t              stcAdcCfg;DDL_ZERO_STRUCT(stcAdcCfg);Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralAdcBgr, TRUE); Bgr_BgrEnable();        ///< 开启BGR///< ADC 初始化配置stcAdcCfg.enAdcMode         = AdcScanMode;              ///<采样模式-扫描stcAdcCfg.enAdcClkDiv       = AdcMskClkDiv1;            ///<采样分频-1stcAdcCfg.enAdcSampCycleSel = AdcMskSampCycle8Clk;      ///<采样周期数-8stcAdcCfg.enAdcRefVolSel    = AdcMskRefVolSelAVDD;      ///<参考电压选择-VCCstcAdcCfg.enAdcOpBuf        = AdcMskBufEnable;          ///<放大器BUF配置-开stcAdcCfg.enInRef           = AdcMskInRefDisable;       ///<内部参考电压使能-关stcAdcCfg.enAdcAlign        = AdcAlignRight;            ///<转换结果对齐方式-右Adc_Init(&stcAdcCfg);
}

【3】ADC顺序扫描功能配置：

/**************************************************************************
* 函数名称： ADC_SqrCfg
* 功能描述： ADC顺序扫描功能配置
**************************************************************************/
void ADC_SqrCfg(void)
{stc_adc_sqr_cfg_t          stcAdcSqrCfg;DDL_ZERO_STRUCT(stcAdcSqrCfg);///< 顺序扫描模式功能及通道配置///< 注意：扫描模式下，当配置转换次数为n时，转换通道的配置范围必须为[SQRCH(0)MUX,SQRCH(n-1)MUX]stcAdcSqrCfg.bSqrDmaTrig = FALSE;stcAdcSqrCfg.u8SqrCnt    = 4;Adc_SqrModeCfg(&stcAdcSqrCfg);Adc_CfgSqrChannel(AdcSQRCH0MUX, AdcExInputCH0);Adc_CfgSqrChannel(AdcSQRCH1MUX, AdcExInputCH1);Adc_CfgSqrChannel(AdcSQRCH2MUX, AdcExInputCH2);Adc_CfgSqrChannel(AdcSQRCH3MUX, AdcExInputCH3);///< ADC 中断使能Adc_EnableIrq();EnableNvic(ADC_DAC_IRQn, IrqLevel3, TRUE);///< 启动顺序扫描采样Adc_SQR_Start();
}

【4】ADC中断服务子程序：

uint32_t spl_buff[4];/**************************************************************************
* 函数名称： Adc_IRQHandler
* 功能描述： ADC中断服务函数
**************************************************************************/
void Adc_IRQHandler(void)
{if(TRUE == Adc_GetIrqStatus(AdcMskIrqSqr)){Adc_ClrIrqStatus(AdcMskIrqSqr);spl_buff[0] = Adc_GetSqrResult(AdcSQRCH0MUX);spl_buff[1] = Adc_GetSqrResult(AdcSQRCH1MUX);spl_buff[2] = Adc_GetSqrResult(AdcSQRCH2MUX);spl_buff[3] = Adc_GetSqrResult(AdcSQRCH3MUX);Adc_SQR_Stop();}
}

【5】主函数调用：

int32_t main(void)
{//采样模块ADC_Init();ADC_Cfg();ADC_SqrCfg();//调试模块Dbg_Init();Dbg_Cfg();Dbg_Printf("Hello World!\n");while(1){//采样Adc_SQR_Start();Dbg_Printf("Ch1:%d\n", spl_buff[0]);  //FireWater协议delay1ms(10);}
}

【6】实际测试：

使用 VOFA+ 软件（【注1】：VOFA+的下载地址为VOFA+官网）（【注2】：VOFA+的使用方法参考博文VOFA+的使用），分析串口传送过来的采样电压值，我现在给定 PA00（AIN0）脚的电压为2V，根据参考电压5V可以计算得到采样值约为 2V * 4095 / 5V = 1638（实际输入的参考电压AVCC比5V小，采样值实际在1690左右）：

由实际测试可以发现，采样到的电压数据存在振荡的情况，需要考虑硬件滤波或者软件滤波的方法来处理数据。

四软件滤波

【1】增加软件滤波（滑动平均滤波）：

方法：把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N。每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据(先进先出原则)。把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果。
N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高；试用于高频振荡的系统
缺点：灵敏度低；对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差，不适于脉冲干扰较严重的场合
比较浪费RAM（改进方法，减去的不是队首的值，而是上一次得到的平均值）

方法参考这一篇博文，其中详细列举了不少ADC采样滤波的算法（ADC采样滤波算法）。我这边考虑的是滑动平均滤波，对博文中的算法做了一些改动：

/**************************************************************************
* 函数名称： analogAvgFilter
* 功能描述： 模拟量输入滑动滤波处理
**************************************************************************/
#define CACHE_LEN 5uint32_t analogAvgFilter(uint32_t in_data)
{static uint32_t in_buf[CACHE_LEN];uint32_t sum = 0;uint8_t  i = 0;for(i = 0; i < (CACHE_LEN-1); i ++){in_buf[i] = in_buf[i + 1];sum = sum + in_buf[i];}in_buf[CACHE_LEN-1] = in_data;sum = sum + in_buf[CACHE_LEN-1];return (sum / CACHE_LEN);
}

【2】主函数调用：

uint32_t result_spl;int32_t main(void)
{//采样模块ADC_Init();ADC_Cfg();ADC_SqrCfg();//调试模块Dbg_Init();Dbg_Cfg();Dbg_Printf("Hello World!\n");while(1){//采样Adc_SQR_Start();result_spl = analogAvgFilter(spl_buff[0]);Dbg_Printf("Ch1:%d,%d\n", spl_buff[0], result_spl);  //FireWater协议delay1ms(10);}
}

【3】实际测试：

滤波前后效果对比如下，效果还是比较明显的：