關(guān)于MCU中集成的用于連接模仿傳感器的ADC，規(guī)劃者在以往的努力多在于進(jìn)步其采樣速度和量化的性能指標(biāo)，比方進(jìn)步ADC的分辨率（精度），減少差錯(cuò)（量化差錯(cuò)、偏移差錯(cuò)和滿刻度差錯(cuò)等），進(jìn)步轉(zhuǎn)化率來收集更高頻率的輸入等等，而現(xiàn)在的集成ADC的新特性，除了進(jìn)步以上性能參數(shù)，則更是考慮了ADC在體系中的運(yùn)用場景和信號處理進(jìn)程。

    單片機(jī)（MCU）和傳感器測控體系中，常常遇到需求模仿量傳感器輸入的狀況。這種輸入的模仿量，需求由模仿數(shù)字轉(zhuǎn)化器外設(shè)，簡稱ADC，來轉(zhuǎn)化為N位數(shù)字量后再由CPU進(jìn)行處理。近年來，隨著智能傳感器技能和物聯(lián)網(wǎng)技能等的發(fā)展，MCU和傳感器連接的體系運(yùn)用也越來越廣泛。比方在現(xiàn)在全球研究最多的新興市場之一——物聯(lián)網(wǎng)（IoT）中，傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)體系數(shù)據(jù)的重要進(jìn)口，正在成為電子基礎(chǔ)設(shè)施向物聯(lián)網(wǎng)改變的無處不在的元素。據(jù)中國信息通信研究院2020年12月發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)白皮書》，預(yù)計(jì)到2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)總連接數(shù)規(guī)模將從2019年的120億增長到246億，年復(fù)合增長率高達(dá)13%。我國物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)全球占比高達(dá)30%，2019年我國的物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)36.3億，到2025年預(yù)計(jì)咱們物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將達(dá)到80.1億，年復(fù)合增長率14.1（來源：中國信息通信研究院）。

    關(guān)于MCU中集成的用于連接模仿傳感器的ADC，規(guī)劃者在以往的努力多在于進(jìn)步其采樣速度和量化的性能指標(biāo)，比方進(jìn)步ADC的分辨率（精度），減少差錯(cuò)（量化差錯(cuò)、偏移差錯(cuò)和滿刻度差錯(cuò)等），進(jìn)步轉(zhuǎn)化率來收集更高頻率的輸入等等，而現(xiàn)在的集成ADC的新特性，除了進(jìn)步以上性能參數(shù)，則更是考慮了ADC在體系中的運(yùn)用場景和信號處理進(jìn)程。

    關(guān)于模仿信號的輸入，單片機(jī)體系典型的處理進(jìn)程如下所示：

    針對這種典型的模仿信號處理進(jìn)程，MCU規(guī)劃者對ADC外設(shè)立異地賦予了新的特性，以使其連接傳感器更為高效。

    獨(dú)立于內(nèi)核的事件機(jī)制——聯(lián)動(dòng)其他外設(shè)，主動(dòng)觸發(fā)ADC發(fā)動(dòng)

    在模仿信號采樣階段，簡便的方法就是沖激串采樣——經(jīng)過一個(gè)周期沖激串去乘待采樣的連續(xù)時(shí)間信號。在MCU中，需求經(jīng)過定時(shí)器來設(shè)定采樣周期T。在傳統(tǒng)的處理方法中，CPU要么呼應(yīng)定時(shí)器發(fā)生的周期性中止，要么輪詢定時(shí)器計(jì)數(shù)器的溢出標(biāo)志，來發(fā)動(dòng)ADC。

    新的ADC觸發(fā)方法則是采用了事件機(jī)制，它供給了一個(gè)完全由硬件主動(dòng)完成的觸發(fā)到ADC發(fā)生呼應(yīng)的通道。在沒有任何CPU干預(yù)的狀況下準(zhǔn)確操控ADC的采樣周期。這種機(jī)制節(jié)省了中止資源，無需軟件的參加，進(jìn)步了ADC的呼應(yīng)速度。下圖為AVR?單片機(jī)事件體系的示意圖。

    這種硬件上的聯(lián)動(dòng)呼應(yīng)，更為敏捷直接。由于不需求CPU干預(yù)，也減少了不必要的中止或喚醒，即使在CPU處于某種休眠狀態(tài)下，該觸發(fā)機(jī)制仍能夠在低功耗的狀況下運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)然除了用于觸發(fā)ADC之外，這種事件機(jī)制還能夠用于其他外設(shè)的聯(lián)動(dòng)。

    帶有核算功用的ADC--對轉(zhuǎn)化成果主動(dòng)進(jìn)行核算處理

    ADC的轉(zhuǎn)化成果，被用來做某種類型的核算或剖析。比方驗(yàn)證成果是否在一定的范圍內(nèi)或許用來濾除信號中的噪聲。盡管用來濾波的軟件算法都比較老練，比方中值濾波、管用均勻?yàn)V波和滑動(dòng)均勻?yàn)V波等，可是無論是什么樣的軟件算法，它們都是需求較大的RAM空間和CPU運(yùn)算資源。首要在體系的RAM區(qū)保存一段時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)化值，然后對這些轉(zhuǎn)化值進(jìn)行剖析、濾波，并進(jìn)行處理。而在MCU體系中，RAM空間都是很有限的，而且軟件濾波算法的運(yùn)轉(zhuǎn)，需求消耗CPU的才能和時(shí)間，導(dǎo)致整個(gè)轉(zhuǎn)化數(shù)值的濾波體系運(yùn)轉(zhuǎn)功率不高。

    立異的ADC規(guī)劃，使得ADC自身具有轉(zhuǎn)化后的核算功用，能夠?qū)DC轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行雜亂的運(yùn)算，而無需CPU干預(yù)。運(yùn)用這種具有運(yùn)算才能的智能ADC，在轉(zhuǎn)化完成后，成果能夠經(jīng)過預(yù)定的核算功用來傳遞，將不需求編寫代碼來查看ADC成果是否落在某個(gè)窗口之內(nèi)或之外，也能夠直接獲取ADC均勻樣本值或許濾波器樣本數(shù)據(jù)值等。這種核算由ADC外設(shè)自身履行，加快了一般由軟件完成的算術(shù)任務(wù)，不再需求占用CPU資源和額定的RAM緩沖空間。例如，如下圖PIC?Q10系列MCU上ADC的核算功用簡化框圖所示，能夠經(jīng)過裝備ADC的ADMD位來操控ADC核算模塊以挑選五種不同的操作形式之一：基本形式、累加形式、均勻形式、突發(fā)均勻形式和低通濾波器形式等。

    主動(dòng)上下文保存——使ADC通道切換運(yùn)用自若

    在傳感器體系運(yùn)用中，常常會(huì)遇到多個(gè)模仿輸入通道共用一個(gè)內(nèi)部ADC硬件的狀況。比方在一個(gè)環(huán)境檢測體系中，溫度、濕度、氣壓和光線強(qiáng)度等傳感器的模仿輸入將會(huì)運(yùn)用同一個(gè)ADC（同一個(gè)采樣保持電路）的不同通道。ADC經(jīng)過切換各個(gè)通道，分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化。關(guān)于復(fù)用ADC的模仿輸入，每個(gè)通道的操控方法，都可能是不同的，比方狀態(tài)和數(shù)據(jù)寄存器裝備和轉(zhuǎn)化后的核算方法等等。例如，通道一將ADC裝備為突發(fā)均勻形式，通道二將ADC裝備為累加形式……不同通道的獨(dú)特操控方法，使得ADC在切換通道時(shí)需求附加軟件開支，比方首要停止ADC，依照ADC收集通道的預(yù)定次序找到相應(yīng)的狀態(tài)和寄存器，重新裝備對應(yīng)的操控方法，再發(fā)動(dòng)ADC…，運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)程中的頻繁切換無疑下降了ADC的運(yùn)轉(zhuǎn)功率。

    解決這一問題的最新ADC特性，是把每個(gè)通道的特定轉(zhuǎn)化操控方法，依照預(yù)定收集次序，保存為上下文。該上下文只能經(jīng)過A/D上下文挑選寄存器，或許直接存儲(chǔ)器訪問（DMA）。這樣ADC運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ADC硬件模塊會(huì)主動(dòng)從內(nèi)存中傳輸當(dāng)前活動(dòng)通道的上下文，進(jìn)入相關(guān)的ADC寄存器并履行所需的轉(zhuǎn)化。這樣就明顯進(jìn)步了ADC切換通道收集數(shù)據(jù)的功率，也不占用CPU資源。風(fēng)趣的是，Microchip將帶有運(yùn)算特性的ADC稱為ADCC（ADC with Computation），而將又帶有上下文保存特性的ADCC稱為ADCCC（ADC with Computation and Context）。

    單片機(jī)和傳感器連接的運(yùn)用越來越多，走運(yùn)的是，MCU規(guī)劃者一直在擴(kuò)展其MCU外設(shè)的功用。類似ADC上這些新功用的立異，已不只是在其自身轉(zhuǎn)化方面，而是實(shí)現(xiàn)了與其他外設(shè)聯(lián)動(dòng)發(fā)動(dòng)采樣，轉(zhuǎn)化后的核算，以及多個(gè)復(fù)用通道的主動(dòng)切換等，集成了針對模仿信號處理鏈路上的多個(gè)環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)能夠主動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，不占用體系總線，這對下降CPU負(fù)載，下降體系功耗，增強(qiáng)體系呼應(yīng)功率，增強(qiáng)體系健壯性等都有非常大的含義。單片機(jī)規(guī)劃者們以其立異性的才智，以及對嵌入式體系運(yùn)用細(xì)致入微的洞察，將會(huì)使得MCU和傳感器的連接運(yùn)用規(guī)劃，越來越靈敏，越來越高效！