基于ARM的過采樣技術

　　2 過采樣滿足條件及操作步驟

　　對于過采樣，理論上需要信號有一定噪聲，并且必須近似白噪聲，幅度足夠大。若噪聲信號不能滿足前面講述的理論要求，就需要引入噪聲激勵。因此，選用周期性噪聲作為激勵信號。同時對激勵噪聲有一定要求：激勵噪聲幅度≥1 LSB;噪聲均值在添加激勵噪聲時必須是0.

　　在理解過采樣理論及需要滿足的條件后，出于對具體應用的考慮，設計了過采樣的操作步驟，概括如下：

　　（1）判斷被采樣信號是否有噪聲，如果沒有噪聲，則疊加周期性激勵噪聲。

　　（2）對信號進行4n次過采樣（n為希望增加的分辨率位數）。如果使用片內10位ADC,希望得到14位的ADC精度，則需要44即256次10位的過采樣。

　　（3）抽取數字序列，對各個采樣值進行累加。

　　（4）對累加后的采樣數據，若提高n位精度則右移n位，最終得到過采樣值。

　　3 LM3S8962實現ADC過采樣

　　3.1 Cortex-M3內核特點介紹

　　（1）采用ARMv7M架構，在ARMv4T架構基礎上擴展了36條指令。

　　（2）基于哈佛結構，數據與指令可同時從存儲器讀取，并行執行多個操作，加快程序執行速度。與ARM7TDMI-S相比，比ARM指令每兆赫效率提高了35%,比Thumh指令效率提高了70%.

　　（3）帶有多種睡眠和喚醒模式，實現產品的低功耗。

　　（4）單周期乘法、乘-加、硬件除法指令，實現快速運算。

　　（5）低延遲中斷處理：支持8層硬件中斷嵌套，末尾連鎖功能，高優先級中斷遲來處理。

　　3.2 過采樣的軟件實現　　

　　（1）外設初始化。

　　在軟件實現過采樣之前，必然要對各個模塊進行初始化和配置。初始化定時器、ADC、UART等模塊，定時器模塊用來提供系統時鐘周期，配置ADC的觸發模式和采樣速率，利用UART將測量值傳遞給PC,方便查驗是否正確。

　　（2）產生PWM信號，作為噪聲。

　　為了保證過采樣原理應用的可靠性，引入噪聲激勵信號。而為了避免激勵噪聲出現的誤差，使用內部的PWM信號發生器產生周期性和對稱性很好的PWM波，作為激勵噪聲。產生噪聲步驟如圖1所示。

　　（3）數據的采集、濾波及抽取。

　　在過采樣中所做的數字平均濾波僅提高了平滑度，精度卻并沒有增加，抽取過程才是真正意義上的提高精度。額外的K次采樣，按照常規平均那樣進行累加，但并不是直接將結果除以M,而是右移N位（N是期待所增加的額外精度），得到更精確的采樣結果。

　　過采樣算法如圖2所示。對TI的LM3S8962芯片，將10位AD值的精度提高到12位的方法，直接調用寄存器讀取函數HWREG訪問FIFO緩存區，經過兩次循環，將從FIFO中收集到的16個10位轉換值相加，產生一個14位結果，右移2位后就得到所希望的12位AD值。