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基于TMS320F2812的ADC校正算法设计与实现
2015年微型机与应用第17期
班允强，梁 英，刘朝强
（沈阳理工大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110159）
摘要： 针对TMS320F2812在信息采集中存在的精度不够，采样值与真实值偏离过大的问题，本文采用了一种ADC校正算法，可以实现对ADC存在的增益误差和偏移误差进行补偿，结合简易的硬件电路，成功实现了对ADC采样精度的补偿。
Abstract：
Key words :

　　摘  要： 针对TMS320F2812在信息采集中存在的精度不够，采样值与真实值偏离过大的问题，本文采用了一种ADC校正算法，可以实现对ADC存在的增益误差和偏移误差进行补偿，结合简易的硬件电路，成功实现了对ADC采样精度的补偿。

　　关键词： TMS320F2812；ADC校正算法；增益误差；偏移误差

0 引言

　　DSP芯片在信号处理方面具有独特的优势，其采用了先进的哈佛总线结构，从而使数据的吞吐率提高一倍[1-3]。本文选择TI公司的TMS320F2812为系统的核心，它是一款32位的DSP芯片，TMS320F2812具有12位ADC模块，理论上采样精度可以达到9位，约为    0.2%左右，但在实际应用过程中并不让人满意，采样值和真实值之间的相对误差很大，有时甚至超过15%，这会给实际应用带来很大的麻烦[4]。为了提高TMS320F2812的采样精度，本文采用ADC校正算法进行补偿，经过实际验证，取得了很好的效果。

1 ADC的工作方式选择

　　TMS320F2812的ADC模块共有16个采样通道，可分为两组：一组是ADCINA0~ADCINA7，另一组ADCINB0~ADCINB7[5-6]。ADC模块的时钟频率最高可配置为25 MHz，采样频率最高为12.5 MS/s，也就是说每秒最高能完成12.5个百万次采样，内置2个采样保持器S/H-A、S/H-B和2个序列发生器SEQ1、SEQ2；基于上述结构，选择不同的采样方式和不同的序列发生器模式，就有不同的工作方式，所以ADC共有4种工作方式，每种工作方式都有各自的特点，需要根据实际需要进行选择。

　　根据本文校正需要，DSP需要同时采集两路精准电源信号，为了保证两路信号的实时性要求，本文选择级联模式下的并发采样的工作方式，一次采集2个通道，可以保证两路信号的实时性要求，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模块的误差不仅包括器件本身特性引起的零点、增益、非线性误差，这些因素很难通过措施补偿，但ADC模块的转换特性是线性的，可以通过适当的措施进行补偿。ADC的转换特性曲线如图1所示。

001.jpg

　　从图中可以看出，理想的ADC转换特性曲线并不存在增益误差和偏移误差，所以可以求得模拟输入量X和数字量输出量Y的对应函数关系，一条过零点的正比例函数，该直线恒过（34 095）点，4 095是结果缓冲寄存器的值右移4位后0x0FFF，但实际中由于增益误差和偏移误差的存在，模拟量和数字的对应关系为：

　　Y=KX+b（1）

　　式（1）中的K和b是未知量，只要求得K和b的值，那么通过ADC转换结果缓冲寄存器得到的数据Y，就可以计算出实际的输入电压值X。对于这个二元一次方程，只要找到如式（2）所示的两个方程组就可以求得K和b。

　　2.png

　　为了能求得K和b的值，可以在硬件电路中增加两路精准电源作为参考电压，本文提供给ADCINA0和ADCINB0采样通道，也就是X1和X2，通过读取ADCINA0和ADCINB0结果缓冲寄存器可以获得Y1和Y2，通过式（2）可获得K和b的值，如式（3）所示：

　3.png

　　所以实际的输入值为式（4）：

　　4.png

3 ADC校正算法

　　由ADC校正原理可以知道，只要在硬件电路上提供两路精准电压就可以求得式（3）的K和b值，由这两个参数通过式（4）去校正其他通道的采样值。本文ADC共采集6路信号，两路校正信号（ADCINA0、ADCINB0）和4路待被校正信号（ADCINA1、ADCINB1、ADCINA2、ADCINB2），对每个通道同时采样N次，对结果进行排序，去掉最大值和最小值，取中间N/2平均值，每个平均值作为采样结果等待处理，对参考通道ADCINA0和ADCINB0的结果进行计算，求得增益K和偏移b，为了更好地测试其可行性，本文取N等于8，在实际应用中可以将N取大些以便于提高精准度。算法流程如图2所示。

002.jpg

4 结果验证

　　为了验证ADC校正算法的有效性，本文在硬件电路设计中加入了两路精准电源作为参考电压ADCINA0= 0.502 V、ADCINB0=1.801 V，软件的调试选用CCS3.3，调试完成后同时给ADCINA1、ADCINB1、ADCINA2、ADCINB2加上不同的电压，然后打开CCS3.3软件下的watch windows观察变量的值，可以得到表1的数据。

003.jpg

　　在观察watch windows下的变量值时，数据位会不停地变化和刷新，记录一次采样的值可能不准确，所以可以多测几次。从表中数据可以看出，ADC校正算法良好，校正后的结果与真实值很接近。

5 结论

　　本文采用了ADC校正算法对TMS320F2812数据采集进行校正，在硬件电路中设计了两路精准的参考电压，为软件校正提供硬件支持。通过实验证明，ADC校正算法提高了TMS320F2812数据采集的精准度，解决了在实际应用中理论值和实际值的偏差问题。

　　参考文献

　　[1] 张雄伟，陈量，徐光辉.DSP芯片的原理与开发应用[M].北京：电子工业出版社，1997.

　　[2] 徐科军，张涵，陈智渊，TMS320X281x DSP原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

　　[3] 周霖.控制工程技术应用[M].北京：国防工业出版社，2005.

　　[4] 顾卫钢.手把手教你学DSP基于TMS320X281x[M].北京：北京航空航天大学出版社，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.


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