嵌入式软件的模拟量数字化处理

1. 引言

在嵌入式系统中，模拟量通过采样调理电路，转换为电压信号，送入MCU的AD采样口，由MCU的A/D转换单元，实现模数转换，MCU通过PWM（或其他的DA方式）实现了数模转换。此外MCU对外存在对外的通信接口，使得MCU内的数据实现了可视化。

2.模拟量在嵌入式系统的功能

在嵌入式系统中，数字化的模拟量，在MCU内的处理主要包含了如下环节：A/D采样单元、数字控制单元、PWM调制单元，计算单元、检测及保护单元、通信单元等组成。

3.常见的模拟量数字化处理方式

在实际操作中，常见有如下三种处理方式：

（1）AD结果直接应用的方式：该方式将AD结果读取后，直接作为模拟量的数字化结果应用于图 2所示的各个功能模块。各个功能模块内的比较、计算的数值经过线下计算后应用于嵌入式软件内。

（2）AD结果标幺后应用的方式；该方式根据系统的额定设置值，将当前值与额定值得比值作为当前该模拟量的数值，再应用于图 2所示的各个功能模块。各个模块内的比较、计算的数值经过线下（或线上）的计算获得相应的标幺值，应用于嵌入式系统中。

（3）AD结果“归一”后应用的方式；该方式的“归一”指的是“归一”到国际单位。即将模拟量采样的数值经过一定的数值变换，转换为与国际单位一样的数值，再应用于图 2所示的各个功能模块。各个模块内的比较、计算的数值直接应用于嵌入式系统中。

4.“归一”的AD采样方式

（1）“归一”的AD处理方式

模拟信号的A/D采样如图3所示（以TIDSP为例），模拟信号经过相应的采样调理电路，输入AD采样口，DSP内的AD采样单元读取采样结果后置于寄存器内，嵌入式软件读取相应结果，进行如下的软件处理：

（1）扣除叠加的1.5V偏置（如果硬件电路添加了偏置电路）：采取A：-2048*16；B：^0x8000

（2）零偏校准；

（3）“归一”化A/D处理：*Ksoft，获得与国际单位相同的模拟量

1. 1. （2）“归一化处理的优缺点

优点：

• 经过AD处理完成的模拟量，用于数字控制、计算、检测及保护、PWM调制、通信等单元的数值只有一种数据格式，软件格式清楚
• 软件清晰，有利于简化程序，提高程序的可继承性、可移植性；
• 数据结构清晰，减少编程人员犯错的机会，较少Bug，利于软件调试（尤其是控制部分的调试）

缺点：

• 需要充分考虑数值范围、数据溢出的情况：过度的提高数值范围，使得精度大大缩减，影响了数值的精度；
• 需要充分考虑数据精度问题：过度考虑数值精度，将影响数值的范围。同时，无意义的提高数值精度也是无意义的。