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1、绵阳师范学院本科生毕业设计（论文）题 目 基于TMS320X2812芯片的 AD模块校正 专 业 电气工程及其自动化 院 部 物理与电子工程学院 学 号 0909040238 姓 名 * 指 导 教 师 * 答 辩 时 间 二0一三年五月 工作时间： 2012年10月 至2013年5月基于TMS320X2812芯片的AD模块校正学生：*指导老师：* 摘 要：DSP是用于实时完成数字信号处理的微处理器，其中芯片TMS320X2812是目前性价比最高的DSP芯片之一。了解数字信号处理器发展前景，熟悉TMS320X2812芯片的结构功能，完成其PCB板制作，并正确连接仿真器与PC机。设计出可输出0.
2、5V与2.5V的两路稳定电压的电路，将所得两路电压输入A/D模块任意两路通道，得出TMS320F2812未校正AD时的输出值，由此计算出A/D模块的增益误差与偏置误差。再通过向系统载入关于对输入电压信号进行滤波以及消除误差的算法的程序，实现对A/D模块的所有通道的校正。关键词：TMS320X2812芯片；电压信号；校正；算法；滤波 The Correction of AD Module Based on the TMS320X2812 ChipUndergraduate: Wei WendanSupervisor: Li Xiaowu Abstract：DSP is a microproces
3、sor that is used for dealing with the digit signal at the real time, and the TMS320X2812 is one of the chips which is the topmost cost performance at present. Knowing the develop prospect of the Digital Signal Processor. Being familiar with the structure and function of the TMS320X2812 chip, finishi
4、ng its PCB boards fabrication, and link of the emulation and PC machine by rule and line. And design the circuit that can output two road stable voltages of 0.5V and 2.5V, reaching the output numerical values which dose not revise by TMS320X2812 chip by means of putting the earnings two road voltage
5、s in the just as one wishes two passageways of the A/D module, thus, figure out the calgain and caloffset of the A/D module. Then hold the procedure of voltage sign filtering and the arithmetic of eliminate error in the system, checking all of the roads of the A/D module.Key words：TMS320X2812 chip;
6、voltage sign; checking; arithmetic; filtering目录1绪论12 DSP与TMS320X2812的简略了解12.1 DSP12.1.1 DSP的主要特点12.1.2 DSP的发展22.1.3 DSP的现状应用与发展趋势32.2 TMS320X2812芯片的简介52.2.1 TMS320X2812的结构功能特点52.2.2 TMS320X2812芯片的发展与应用63 TMS320X2812芯片的最小系统63.1如何保证TMS320X2812芯片的正常工作63.2基于TMS320X2812芯片的最小系统设计63.2.1电源产生电路73.2.2 JATG电路8
7、3.2.3复位电路83.2.4 时钟电路93.2.5 A/D保护电路103.3 电路板制作注意事项104 A/D模块的校正104.1 A/D模块104.2 AD模块的校正设计114.2.1 A/D模块校正的硬件设计114.2.2 A/D模块校正的软件设计124.3 输入数据的滤波135 调试与完成A/D模块校正14结论15参考文献16致 谢17附 录181绪论此毕业论文是以基于TMS320X2812芯片的A/D模块校正为题的，由导师给题，并在导师帮助下自主完成实物制作、实验操作以及论文编写。开始要了解什么是DSP、DSP的结构特点、DSP的发展与应用前景，以及TMS320X2812芯片是怎样的
8、构造、又怎样的优点与其应用概况等。由于在校课程并未涉及DSP相关或详细系统的学习，需要自己在网上各网站查阅。但是，虽然网上资料短小精简便于理解定义，但要想系统的掌握DSP的一系列应用流程，必须大量阅读业内人士编著的权威书籍。 在对基于TMS320X2812芯片的PCB板输入的电压信号进行滤波以及给出消除A/D模块增益误差与偏置误差的算法时，需要运用到C语言进行编程。好在大一时就有接触并学习过该门课程，所以编程不是问题。主要是一要找到A/D模块产生误差的原因以及找到如何消除的公式；二是必须考虑到TMS3202812芯片对输入电压信号非常敏感，必须保证输入电压值是有效的，所以还要考虑到对输入电压信
9、号进行滤波的问题。 目前DSP是电子学界应用最广也是最有发展前景的门科之一，了解研究DSP是如今电力电子学子们应该且比较明智的选择。能在毕业之前做这样一个论题，也算是为四年的大学生活学习之路画上一个圆满的句号。 2 DSP与TMS320X2812的简略了解2.1 DSPDSP是Digital Signal Processing 的缩写，同时也是Digital Signal Processor 的缩写，前者指数字信号处理技术，后者是指数字信号处理器【1】。这里我们引用的是信号处理器这一概念。DSP芯片是专门完成各种实时数字信息处理用的，它是建立在数字信号处理的各种理论和算法基础上的。它主要研究的
10、是将理论上的数字信号处理技术应用到数字信号处理器之中。2.1.1 DSP的主要特点 DSP的第一个特点便是可以在一个指令周期内完成一次乘法计算和一次加法计算。二是采用的是哈佛结构，程序和数据的存储空间是分开的，使得可以同时访问指令和数据。三是片内具有快速RAM，一般可以通过独立的数据总线在指令与数据中同时访问。四是还拥有低开销或无开销循环以及跳转的硬件支持。五是拥有快速的中断处理和硬件I/O支持。六是还具有多个可以在单周期内操作的硬件地址产生器。七是可以同时并行执行多个操作。八是还可以支持流水线操作，使得取值、译码和执行等一系列操作可以重叠执行。另外，它还具有接口方便、编程容易、稳定性好、精度
11、高、可重复性好、集成方便等优点。 虽然DSP有很多诸如上述的优点，但是与通用型微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能也会相对较弱些。2.1.2 DSP的发展DSP数字信号处理器的发展可分为三个阶段，分别是二十世纪70年代、80年代、90年代。很明显的，可以看出DSP数字信号处理器的阶跃性发展大约是十年一次，发展速度之快显而易见。在1976年，第一个DSP微处理器Intel2920诞生了。随后世界上第一个单片DSP芯片是1978年AMI公司宣布的S2811，1979年美国Iintel公司发布的商用可编程期间2920是DSP芯片的一个主要里程碑。但是这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须具备的单
12、周期芯片。 1980年。日本NEC公司研究出并生产的PD7720是第一个具有乘法器的商用DSP 芯片。总的来说，第一阶段的DSP具有以下特点：有地址传递协议和子程序调用，有效的寻址模式，流水指令；使用Harvard结构，可同时取指令和数据。有特殊的DSP相对寻址模式（例如变址计算任意数的模式），可针对FIR（Finite-Length Impulse Response）的滤波器可自动循环队列或数据移动，可针对FFT的比特反转。针对特殊应用的接口（例如对于通信编码的串行接口），附加有寻址寄存器ALU。此时的DSP系统主要是由分立元件组成，包含线性电路的模拟前端、模拟数字转换器、外围界面电路、非常
13、多的组合电路、可编程的阵列逻辑（PAL）以及可编程的只读存储器（PROM）、存储器和一些处理器。当时的DSP技术应用于应用地球物理、生物电子、医疗电子等科技领域。自1980年以来，DSP芯片得到了突飞猛进的发展，DSP芯片的应用越来越广泛。从运算速度来看，MAC（一次乘法和一次加法）时间已经从80年代初的400ns（如TMS32010）降低到40ns（如TMS32C40），处理能力提高了10多倍。DSP芯片内部关键的乘法器部件从1980年的占模区的40左右下降到5以下，片内RAM增加一个数量级以上。从制造工艺来看，1980年采用4的N沟道MOS工艺，而现在则普遍采用亚微米CMOS工艺。DSP芯
14、片的引脚数量从1980年的最多64个增加到现在的200个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加。此外，DSP芯片的发展，是DSP系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降。80年代，随着数字信号处理技术应用范围的扩大，提高处理速度成为科学家们新一轮的挑战与突破。第一个采用CMOS工艺生产浮点DSP芯片的是日本的Hitachi 公司，它于1982年推出了浮点DSP芯片。再如1982年的AMD2811、NECPD7720以及德州仪器公司的TMS32010。2811和7720两者都具有片上阵列乘法器、可编程只读寄存器ROM和相对较小的数据和程序寻址空间。而32010则是第一个可以全速从片外
15、只写寄存器RAM执行指令的微处理器，并且容纳的程序也比7720大了一个数量级。1983年，日本的Fujitsu公司推出的MB8764，其指令周期为120ns ，且具有双内部总线，从而处理的吞吐量发生了一个大的飞跃。而第一个高性能的浮点DSP芯片应是AT&T公司于1984年推出的DSP32。到了1988年，便出现了浮点DSP，它可以执行浮点算术运算、乘法和累加运算，例如AT&T DSP32C，Motorola DSP96002、TI公司的TMS320C30等。同时，它还提供了高级语言的编译器。这个DSP是一种专用的综合性微处理器，它是能够给出输入数据和输出数据，并专门用于处理以运算为主的信号处理
16、应用系统。例如，电话的PCM传输和程控交换时使用非常多的语音处理、数据传输时使用的调制解调器以及计算机的硬盘驱动器等。等到了90年代，DSP技术的发展更是迅猛。以DSP作为主要元件，再加上一些外围设备和由特定的功能单元组合成的单一芯片，便加速了DSP解决方案（DSP Solution-DSPS）的发展。同时，生产价格得到降低，产品运算速度和集成度也获得提高。二十世纪90年代，DSP的突破性发展揭开了消费类、军事、计算机、汽车、通信等电子市场的新纪元，同时，这些技术领域的发展需求亦反过来再次促进了数字信号处理器的发展和需求。在这么多的DSP芯片种类中，最成功的是美国德克萨斯仪器公司（Texas
17、Instruments，简称TI）的一系列产品。TI公司灾982年成功推出启迪一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17等，之后相继推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片TMS32C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS32C40/C44，第五代DSP芯片TMS32C50/C51/C52/C53以及集多个DSP于一体的高性能DSP芯片TMS32C80/C82等。2.1.3 DSP的现状应用与发展趋势现在的DSP大部分都是基于RISC结构，并且进入了VLSI阶段。例如TI
18、公司的TMS320C80就代表了DSP的最新一代的芯片集成技术，它是将4个32位的DSP和1个32位的RISC主处理器、1个传输控制器、2个视频控制器以及50KbSRAM集成在一个单片上的。现代数字信号处理器是执行高速数字信号处理的IC电路、它恰好适应多媒体信息化社会需求，迅速发展壮大。如今，世界电子器件市上，各种各样的DSP器件已相当丰富。大大小小封装形式的DSP器件，已广泛应用于各种产品的生产领域，而且DSP的应用领域仍在不断地扩大，发展迅速异常。（1）数字化移动电话数字化移动电话尽管花样繁杂，但基本上可划为两大类：高速移动电话和低速移动电话。其中，高速移动电话顾名思义是在高速移动体里使用
19、的电话，诸如可在飞机、轮船和汽车等里自由通话的电话。虽然数字化高速移动通过标准很多，但当今普遍应用的是欧洲GSM（Global System for Mobile Communication）标准。自从推出数字化蜂窝式电话机以来，现已遍布全球70多个国家广泛应用。俗称GSM标准的数字化蜂窝电话，叫作数字化大哥大，它具备国际漫游（Roaming）功能，SIMC（Subscriber Identification Module Card）给用户带来使用大哥大的方便。现正在扩展数据通信服务能力以及它与ISDN系统兼容性，例如，英国BT公司的Cellnet部已经利用GSM提供数字化数据和传真服务，于是
20、东芝笔记本电脑也安上了数字化的大哥大。低速移动电话就其实质而论。它是数字化无绳电话，仍然保持模拟式无绳电话的子母式结构：子机亦称为手机，可以距母机为百米左右半径内的空间里自由步行移动情况下实现通话；母机也称为基地站，可作为家庭里的留守电话，也可悬挂在商店的墙壁上，街道的电线柱上，广为分布。由统一的交换设施进行管理，实现无缝交递（Seamless Hand On）功能。这类低速移动电话式标准很多。例如，欧洲较为普遍应用的DECI（Digital European Cordless Telecommunication），日本、韩国、东南亚应用的PHS（Personal Handyphone Sys
21、tem）以及Philips和我国联合开发的DCCT（Digital China Cordless Telephone）。其中，尤以PHS和DECT制式低速移动电话发展较快，我国的DCCT由于缺乏关键性的DSP技术仍处于设计阶段。数字化移动电话（包括高速和低速）的每个手机，都要用至少1个DSP器，因此，高速发展的数字化移动电话急需极为大量的DSP器件。（2）数据调制解调器从所周知，数字信号处理器的传统应用领域之一，就是调制解调器。如今，调制解调器作为联系通信与多媒体信息处理系统的纽带，日益受到重视。特别是近年来Internet热潮，方兴未艾，普通百姓在Internet上冲浪蔚然成风。利用PC机通
22、过调制解调器经由电话线路，实现拨号连接Internet已是最简便的访问形式。由于Internet用户急剧增加，一度致使288Kbps的调制解调器成为市场上的脱销产品。特别是由PC机上利用浏览程序调用活动图像信息时，期望使用数据传送速度更高的调制解调器。为适应这种新需求，国际上已制订出高速（336Kbps）调制解调器国际标准。这就意味，在高速调制解调器里需要更高性能的DSP器件。这种336Kbps的调制解调器（V34）是为传送数据而设计的，在此基础上发展出DSVD调制解调器，它既可传送数据又可传送声音。无疑，这样一来将需要更高功能的DSP器件。随着高性能调制解调器不断出现，似乎低速的调制解调器如
23、像V17（144Kbps）再也没有用武之地。事实上，刚刚相反，如今信息家电抬头，例如PHS母机留守电话与个人FAX一体化的产品大量上市。这就是说，V17（144Kbps）型的调制解调器仍有市场。于是，各种调制解调器里要求的DSP也是多种多样的。（3）磁盘光盘控制器需求随着多媒体信息化的发展，各种信息存储媒体产品都应运而生，诸如磁盘存储器、CDROM和DVD（Digital Versatile Disk）ROM新产品纷纷上市。今日的磁盘驱动器HDD，存储容量已相当可观，大型HDD姑且不谈，就连普通PC机的HDD的存储容量已高在1GB以上，详见照片4。小型HDD向高密度、高存储容量和高速存取方向发
24、展，其控制器必须具备高精度和高速响应特性，它所用的DSP性能也是今非昔比，高速DSP是必不可少的关键性器件。日本的HDD技术不能超过美国，于是把主攻方向集中到光盘技术，在1996年日本第35届Electronics Show96上，终于把DVDROM产品公布于众。而且，日本并不以此为满足，志在夺取可擦写的DVDRAM。仅就DVDROM而论，单面1片12cm盘片记录47GB信息量，相当于直径12cm的软盘FD片3200张之多，比CDROM存储容量高出6倍。如此高密度的DVDROM，读出控制的精细程度可想而知。HDD和光盘机的控制器里之所以必须利用高速DSP，主要是利用其高速积和处理能力。因为，盘
25、片旋转控制、磁头定位控制和光盘中的激光束聚焦控制，都是采数字伺服与系统控制技术。这是现在控制技术，建立在数学模型基础之上。通过复杂的矩阵运算实现控制。没有高速运算的DSP，是绝对不行的。（4）图形图像处理需求DVD里应用的活动图像压缩解压缩用MPEG2编码译码器，同时也广泛地应用于视频点播VOD、高品位有线电视和卫星广播等诸多领域。在这些领域里，应用的DSP应该具备更高的处理速度和功能。而且，活动图像压缩解压技术也日新月异，例如，DCT变换域编码很难提高压缩比与重构图像质量，于是出现了对以视觉感知特性为指导的小波分析图像压缩方法。新的算法出现，要求相应的高性能DSP。最近，日本各大学和高技术企
26、业对于开发虚拟现实VR系统，投入相当力量，利用现代计算机图像学CG生成3维图形，迫切需要多个DSP并行处理系统。其中，系统里的结点DSP单元，要求采用与并行处理相适应的体系结构。彩色静止图像压缩解压，现在普遍应用JPEG标准，其核心算法也是离散余弦变换。JPEG编码译码器的应用，除了数字化照像机之外，估计彩色打印机和彩色扫描器也将要应用。因此，对于普通DSP的用量，必将日益增长。（5）汽车电子系统及其它应用领域汽车电子系统日益兴旺发达起来，诸如装设红外线和毫米波雷达，将需用DSP进行分析。如今，汽车愈来愈多，防冲撞系统已成为研究热点。而且，利用摄像机拍摄的图像数据需要经过DSP处理，才能在驾驶
27、系统里显示出来，供驾驶人员参考。应用DSP的领域可以说是不胜枚举，电视会议系统里，也大量应用DSP器件。视听机器里也都应用DSP。随着科学技术的发展，将会出现许许多多的DSP新应用领域由于数字信号处理器系统的愈来愈先进，高科技的含量愈来愈高，系统的性能愈来愈强大，现在的DSP芯片制造商一般都会为DSP芯片提供系统的解决方案DSPS。DSPS就是不仅含有DSP产品，还配有混合信号处理电路、系统技术以及软件等，其中系统技术包括设计工具、技术支持及产品信息。DSPS还可以包含其它半导体器件，例如ASIC、存储器及逻辑电路。2.2 TMS320X2812芯片的简介2.2.1 TMS320X2812的结
28、构功能特点TMS320X2812芯片是TI公司推出的32位定点DSP芯片，它一改传统的冯诺依曼结构，采用的是先进的哈佛总线结构。哈佛总线结构的主要特点是把程序和数据放在了不同的存储空间内，从而使得每个存储空间可以独立访问，并且数据总线和程序总线也是分开的。相比于一般采用的冯诺依曼结构（即将程序、数据、地址存储在同一空间内进行统一的编码，要通过指令计数器提供的地址的不同以区分程序、数据、地址）的单片机，数据的吞吐率整整可以提高一倍。TMS320X2812芯片采内部具有ADC采样模块、事件管理器EV、穿行外围设备接口SPI、串行通信接口SCI、多通道缓冲串行接口McBSP以及局域网通信控制器CAN
29、等总共六个外设单元。它采用了高性能的CMOS技术，拥有32位的中央处理器，总存储空间大，支持JTAG在线方针接口，内设先进的仿真模式，并且节能功耗低。2.2.2 TMS320X2812芯片的发展与应用随着制造工艺的越趋成熟，生产规模的慢慢扩大，价格的不断下降，TMS320X2812已经成为目前性价比最高的DSP芯片之一。它不仅具有强大的数字信号处理能力，还具有比较完善的事件处理能力及嵌入式控制功能，因此被广泛应用于工业控制，例如应用在处理速度、精度方面等要求较高的领域，或应用于需处理大批量数据的测控场合，如电力电子技术应用、工业自动化控制、电机伺服控制系统、智能化仪器仪表等。3 TMS320X
30、2812芯片的最小系统3.1如何保证TMS320X2812芯片的正常工作TMS320X2812芯片对电源的要求非常敏感：电源达不到工作电压、超过安全电压或非正常操作，都可能导致TMS320X2812芯片不能正常地工作。所以，在每次上电之前一定要首先检查电源与地是否连通。其次，要保证电源芯片产生的电压稳定在3.3V1.9V。然后检测复位电路，确保其设计是正确的。剩下的则是必需要按照正常的步骤操作。3.2基于TMS320X2812芯片的最小系统设计最小系统，即是由主控芯片，加上一些电容、电阻等外围器件构成的能够独立运行，实现最基本功能但无外围应用电路的系统【1】。最小系统板是DSP控制系统的核心部
31、件，对DSP系统的进一步开发起着重要作用。在实际的使用中，可以根据相应的功能扩展必要的模块，例如为减少系统外围器件的复杂度和增加系统的译码速度，可以增加CPLD模块来满足这些功能要求。但是本论文只研究基于TMS320X2812芯片的AD模块校正这一块，TMS320X2812本身含有AD模块，所以不用设计外扩电路。下面我将阐述如何设计TMS320X2812的最小系统：该电路主要由组成。如图2-2-1所示：TMS320X2812芯片、电源电路、30MHz有源晶振，以及电容、电阻电感等各类器件。 DSP电 源复位电路JATG电路外部接口电路时钟电路图3-2-1 TMS320X2812最小系统结构框图
32、3.2.1电源产生电路首先，一个稳定可靠的电源绝对是系统稳定工作的前提基础。在设计电源电路的过程中，注意模拟地和数字地最后要通过电感连接，电源和地要通过电容连接。具体电路连接如图3-2-2：图3-2-2 电源产生电路3.2.2 JATG电路另外，JTAG接口提供对DSP内部的Flash的烧写和仿真调试，其所具备的这些功能还需要软件的配合，具体的实现功能是由具体的软件所决定得。JTAG接口是一个业界标准，所以它的引脚定义不能随意改变。因为考虑到DSP在下载时需要下载端口，所以我在最小系统上加一个14脚的JATG仿真烧写口。在设计过程中，又考虑到JATG下载口的抗干扰性，所以在与DSP相连接的端口
33、都采用的上拉设计。如图3-2-3所示： 图3-2-3 JATG接口电路如此设计的最小系统既可以在仿真模式下正常运行，在实时模式下也能够正常运行。3.2.3复位电路 TMS320F2812芯片的复位管脚为RESET，低电平有效。为了预防DSP芯片在电源没达到要求的电压时不受控制的情况出现，我在系统中加入了电源监测电路,并且选用TI公司的电源监测芯片TPS3307-18来实现DSP的电源监测。复位电路如图3-2-4所示：图3-2-4 复位电路 电路中S1为手动复位开关。当按下S1接通后，输出电压为欠电压状态，TPS3307-18监测到变化后会在RESET端口输出一个宽度大于200 ms的低电平从而
34、使得DSP复位。3.2.4 时钟电路 DSP的时钟可以有两种连接方式，即外部振荡器方式和谐振器方式。如果使用内部振荡器，则必须在X1/XCLKIN和X2两个引脚之间连接一个石英晶体。如果采用外部时钟，主要用锁向环(PLL)模块来控制DSP 内核的工作频率，外部提供一个参考时钟输入，经过PLL倍频或分频后提供给DSP 内核。将输入时钟信号直接连到X1/CI。KIN引脚上，X2悬空。本文采用的是内部震荡器，系统工作是通过编程选择PLL的晶体工作模式，通过外部无源晶体为芯片提供时钟基准，这里直接选择的30MHz外部晶振为芯片提供时钟基准。晶振电路如图3-2-5所示图3-2-5 时钟电路3.2.5 A
35、/D保护电路TMS320X2812芯片内部有16路12位的A/D转换器，所以必须要考虑A/D保护和校正电路的设计。TMS320X2812芯片的模拟电压的输入范围是03V，但在实际应用时使用TMS320X2812芯片的A/D端口做信号采样时，并不能保证所有的采集信号都在输入范围内。TMS320X2812芯片的A/D模块非常敏锐，当小于0V或大于3V的信号输入模块端口时都可能会被损坏，使得相对应的A/D采样端口不能正常工作。所以，必须加入A/D保护电路，如图3-2-6：图3-2-6 A/D保护电路3.3 电路板制作注意事项为了提高A/D采样精度，在制作电路板时，首先应注意电路板布线时不要让ADCI
36、Nxx引脚在临近数字信号通路处运行，这样可以使耦合到ADC的输入端的数字信号的开关噪声大幅度降低。还可以采用适当的隔离技术，将ADC模块的电源引脚与数字电源隔离。如果采样电路部分是由多路开关切换，可在多路开关输出上接下拉电阻到地。最后，采样通道上的电容效应也很有可能引起A/D采样的误差。因为，采样通道上的等效电容可能会还在保持有上一个采样数据的数值的时候，就又对当前数据进行采样，这样就会造成当前采样数据的不准确。如果条件允许，还可以在每次转化完成后现将输入切换到参考地，然后在对信号进行下一次采样。4 A/D模块的校正4.1 A/D模块TMS320F2812内部集成了ADC转换模块，该模块具有如
37、下的功能：1.12位ADC核，内置了双采样保持器（S/H）；2顺序采样模式或者同步采样模式；3模拟输入：0V3V；4快速转换时间运行在25MHz，ADC时钟，或12.5MSPS；516通道，多路选择输入；6自动序列化，在单一时间段内最大能提供16个自动A/D转换，每个转换可编程对16个输入通道中任何一个进行选择。7序列发生器可按2个独立的8状态序列发生器或1个16状态序列发生器。4.2 AD模块的校正设计TMS320X2812虽然有12位精度，但在实际的使用过程中，我们发现，ADC的转换结果误差较大，如果直接将此转换结果用于控制回路，必然会降低控制精度，最大的转换误差可以达到9，所以，在使用前
38、必须进行模块校正工作提高A/D采样精度。对于A/D模块的校正涉及到两个方面，一是硬件方面的设计；二是软件方面的设计。硬件方面主要是需要设计出能输出两路稳定电压的电路。软件方面则是需要给出A/D模块校正的算法，而其算法又包括两个方面，一是找到合适的方法对前面所述电路输出的电压信号进行滤波，得出可直接输入PCB板的A/D模块的输入电压值，二是如何通过试验得出较精准实验数据并由与TMS320X2812芯片相对应的公式推算出A/D模块系统的增益误差和偏置误差，再反过来将之代入A/D模块输入电压信号与输出电压信号的关系公式给出A/D模块的校正算法并用C语言给出可导入的程序。4.2.1 A/D模块校正的硬
39、件设计硬件部分：A/D模块要进行校正需要稳定精准的电压输入信号，这里设计产生两路稳定精准的电压信号，一个0.5V的低电压，一个2.5V的高电压。该电路主要由TL431、三个电容电阻以及运放组成，如图4-2-1所示：图4-2-1 产生两路精准电压电路上面的电路图经过试验调出精准电压误差在0.001左右。其中Rb=510欧姆，R1是1K的电位器，R2是10K的电位器，三极管选择的是8050。这里设计的两路电压信号都是通过对TL431处理完产生的3V电压信号进行分压得到的。为了使得分压时精度更精确，两路都用电位器作为分压电阻，其中一路是1K的电位器进行分压，另一路是100K的电阻进行分压。其中参数是
40、电容值不变。该精准电源经过分压后，产生的分压信号可以是03V之间的一个任意幅值信号。我们通过实验调节电路的电位器进行分压调到所需幅值，即得到0.5V和2.5V的电压值。但是所得的信号不应该直接输进DSP的A/D口：因为DSP可能会对信号产生影响，并且对电压信号非常敏感，如果低于0V或者高于3V都会导致芯片不能正常工作。所以在所得信号输入DSP之前，要加一个隔离。如下图所示的电压信号检测与调理电路：图4-2-2 电压信号检测调理电路如图4-2-2所示，由电压传感器输出的信号CT1最先经过由R1与C1组成的低通滤波电路，这里便滤除了高频干扰信号。然后又通过由U1组成的电压跟随器实现对电路前后两级的
41、隔离。由于TMS320X2812芯片的I/O口的输入电压必须低于3.3V，因此，在芯片的引脚的输入前端加上一个稳压管Z1，使A/D口的输入电压幅值不会超过3V。如此经过跟随后的电压信号再输入到DSP的A/D模块的通道中去就不会损坏DSP芯片了。4.2.2 A/D模块校正的软件设计TMS320X2812的A/D模块转换精度较差的主要原因是存在增益误差（Gain Error）和偏置误差（Offset Error），所以，要提高转换精度首先应该对这两种误差进行测定然后才能对模块进行校正。A/D模块输入电压信号与输出电压信号的理想关系曲线如图3-2-2中虚线所示，又因为是12位的ADC核，所以其转换的
42、计算公式为：Y=output count=X*mi (1)（理想值：mi=1）X=input count=inputvoltage*4095/3.0V (2)其中，Y是输出值，X是输入值。实际上，TMS320X2812的A/D模块是存在增益误差和偏置误差的，A/D模块输入电压信号与输出电压信号的实际关系曲线如图3-2-2中实线所示，所以其转换的计算公式计算如下：由图，实际曲线方程式 y = x * ma + b (3)有 ma = (yH yL)/(xH xL) (4)b = yL xL * ma (5)则CalGain = (xH xL)/(yH yL) (6)CalOffset = yL
43、* CalGain xL (7)综上有 x = y * CalGain CalOffset (8)其中，CalGain是增益误差，CalOffset是偏置误差。图3-2-2 A/D模块理想与实际输入输出关系图在校正的时候，首先选用A/D模块的任意两个通道例如A1、A2作为参考输入通道，并输入由上述电路所产生的两路稳定电压X1、X2，再读取相应的输出电压值Y1、Y2，最后利用两组值列出一个二元一次方程组便可求式中的增益值CalGain和偏差值CalOffset。求出增益值和偏差值后，反过来编入算法中导入芯片，即完成了A/D模块所有通道的校正。4.3 输入数据的滤波因为数模转换部分的作用是将数字信
44、号转换成模拟信号，其任务就是在两个相邻的取样值之间进行插值。前面已经说到因为DSP可能会对信号产生影响，所以在所得信号输入DSP之前，要加进行滤波。经过滤波后的信号在满足在03V之间后才可输入到DSP的A/D通道中。虽然取样定理给出了对于限带信号的理想插值公式，然而这种插值方法过于复杂，在实际应用中不能采用。一般来说，次优的插值方法会在通带内造成折叠频率，这种频率分量是不希望出现的，所以必须通过将插值器的输出经过一个适当的模拟滤波器即后置滤波器（平滑滤波器）进行滤波来去除。滤波方法很多，多次采样取平均值算法最为简单，但这里我们采用中值滤波法更为精确且简单易行。具体方法如下：第一步，连续采样30
45、个数据；第二步，对采样数据按从小到大进行排序；第三步，去掉最小的5个数据和最大的5个数据；最后，取中间20个采样数据的平均值输入DSP。5 调试与完成A/D模块校正在做出实物之后进行AD模块校正之前，首先需要做的就是要对硬件与软件进行调试，这样才能保证校正工作正常规范的完成。调试部分包括两个部分：硬件调试和软件测试。硬件调试就是要确保TMS320X2812芯片最小系统的各个模块配置正确。首先，仔细检查电路板是否有断线及短路现象；其次，检查元器件焊接是否规范正确，确保无虚焊；再通电检测电源电路、复位电路以及时钟电路，观察对应的电源指示灯，灯亮表明工作正常。 软件测试则必须在保证外围硬件电路配合的情况下以及外设模块的片内配置准确后再进行。首先，通过仿真器与PC机相连，如果CCS顺利开启并检测到CPU则表示硬件部分正常；然后将上述算法程序导入，依次对A/D模块共16个通道进行调试即完成了对基于TMS320X2812芯片的A/D模块的校正。结论解决基于TMS320X2812芯片的A/D模块的校正，首先从了解DSP芯片的结构特点与发展开始，意识到论文的目的与意义。翻阅基于TMS320X2812芯片来讲解数据处理器的相
