基于ARM的过采样技术

　　2 过采样满足条件及操作步骤

　　对于过采样，理论上需要信号有一定噪声，并且必须近似白噪声，幅度足够大。若噪声信号不能满足前面讲述的理论要求，就需要引入噪声激励。因此，选用周期性噪声作为激励信号。同时对激励噪声有一定要求：激励噪声幅度≥1 LSB;噪声均值在添加激励噪声时必须是0.

　　在理解过采样理论及需要满足的条件后，出于对具体应用的考虑，设计了过采样的操作步骤，概括如下：

　　（1）判断被采样信号是否有噪声，如果没有噪声，则叠加周期性激励噪声。

　　（2）对信号进行4n次过采样（n为希望增加的分辨率位数）。如果使用片内10位ADC,希望得到14位的ADC精度，则需要44即256次10位的过采样。

　　（3）抽取数字序列，对各个采样值进行累加。

　　（4）对累加后的采样数据，若提高n位精度则右移n位，最终得到过采样值。

　　3 LM3S8962实现ADC过采样

　　3.1 Cortex-M3内核特点介绍

　　（1）采用ARMv7M架构，在ARMv4T架构基础上扩展了36条指令。

　　（2）基于哈佛结构，数据与指令可同时从存储器读取，并行执行多个操作，加快程序执行速度。与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）带有多种睡眠和唤醒模式，实现产品的低功耗。

　　（4）单周期乘法、乘-加、硬件除法指令，实现快速运算。

　　（5）低延迟中断处理：支持8层硬件中断嵌套，末尾连锁功能，高优先级中断迟来处理。

　　3.2 过采样的软件实现　　

　　（1）外设初始化。

　　在软件实现过采样之前，必然要对各个模块进行初始化和配置。初始化定时器、ADC、UART等模块，定时器模块用来提供系统时钟周期，配置ADC的触发模式和采样速率，利用UART将测量值传递给PC,方便查验是否正确。

　　（2）产生PWM信号，作为噪声。

　　为了保证过采样原理应用的可靠性，引入噪声激励信号。而为了避免激励噪声出现的误差，使用内部的PWM信号发生器产生周期性和对称性很好的PWM波，作为激励噪声。产生噪声步骤如图1所示。

　　（3）数据的采集、滤波及抽取。

　　在过采样中所做的数字平均滤波仅提高了平滑度，精度却并没有增加，抽取过程才是真正意义上的提高精度。额外的K次采样，按照常规平均那样进行累加，但并不是直接将结果除以M,而是右移N位（N是期待所增加的额外精度），得到更精确的采样结果。

　　过采样算法如图2所示。对TI的LM3S8962芯片，将10位AD值的精度提高到12位的方法，直接调用寄存器读取函数HWREG访问FIFO缓存区，经过两次循环，将从FIFO中收集到的16个10位转换值相加，产生一个14位结果，右移2位后就得到所希望的12位AD值。