ADC 采样时间、采样周期和采样频率的计算
一、概述
ADC转换就是输入模拟的信号量转换成数字量。读取数字量必须等转换完成后,完成一个通道的读取叫做采样周期。采样周期一般来说=转换时间+读取时间,而转换时间=采样时间+12.5个时钟周期。采样时间是你通过寄存器告诉STM32采样模拟量的时间,设置越长越精确
二、STM32 ADC采样频率的确定
ADCCLK通常是由“AHB分频”->“HCLK(MHz)”->“APB2分频”->“ADC分频”得到的,ADC使用若干个ADC_CLK周期对输入电压采样,采样周期数目可以通过ADC_SMPR1和ADC_SMPR2寄存器中的SMP[2:0]位而更改。每个通道可以以不同的时间采样,就是设置采样周期SampleTime。
总转换时间如下计算:
TCONV(转换时间) = 采样时间(设置采样周期SampleTime)+ 12.5个周期,其中12.5个周期是采集12位AD时间是固定的。
采样时间周期类型:
000:1.5周期 100:41.5周期
001:7.5周期 101:55.5周期
010:13.5周期 110:71.5周期
011:28.5周期 111:239.5周期
例如:
当ADCCLK=14MHz(周期) 和 1.5周期的采样时间:
赫兹转换:1MHZ=1000KHZ=1000000HZ
时间换算:1s(秒)=1000ms(毫秒),1s=103ms(毫秒)=106us(微秒)=109ns(纳秒)=1012ps(皮秒)
周期与频率的关系:T=1/f,f=1/T(其中f为频率,T为周期)
得出每秒14MHz,那么1HZ的时间周期为 1/14000000s
TCONV(转换时间) = 1.5周期 + 12.5周期 = 14周期 = 14/14000000秒 = 1us(微秒)
三、具体分析如下
(1)我们的输入信号是50Hz (周期为20ms),初步定为1周期200个采样点,(注:一周期最少采20个点,即采样率最少为1k) ,每2个采样点间隔为20ms/200=100us,在一个输入信号周期(20ms)内100us就要采集一次,以下计算都是以一个输入信号的周期为单元进行计算。
ADC可编程的通道采样时间我们选最小的1.5周期,则ADC采样周期一周期大小为
根据采集时间间隔来计算采集完200个点需要以什么样的频率才能完成,这个频率就是ADCCLK,当采样时间1.5周期:100us/1.5≈66us。 根据f=1/T公式,ADC时钟频率为1/66us=1/0.000066s≈15151.515Hz≈15KHz。
ADC可编程的通道采样时间我们选71.5 周期,则ADC采样周期一周期大小为(100us/71.5)。 100us/71.5≈1.3986us,ADC时钟频率为1/1.3986us=1/0.0000013986s≈0.715MHz。
(2)接下来我们要确定系统时钟:我们 用的是 8M Hz 的外部晶振做时钟源(HSE),估计得 经过 PLL倍频 PLL 倍频系数分别为2的整数倍,最大72 MHz。为了 提高数据 计算效率,我们把系统时钟定为72MHz,(PLL 9倍频)。则PCLK2=72MHz,PCLK1=36MHz;
我们通过设置时钟配置寄存器(RCC_CFGR) 中 有 为ADC时钟提供一个专用的可编程预分器,将PCLK2 8 分频后作为ADC 的时钟,则可知ADC 时钟频率为 9MHz
从手册可知ADC转换时间:STM32F103xx增强型产品:ADC时钟为56MHz时为1μs(ADC时钟为72MHz为1.17μs)
(3)由以上分析可知:不太对应,我们重新对以上中 内容调整,提出如下两套方案:
方案一:我们的输入信号是50Hz (周期为20ms),初步定为1周期2500个采样点,(注:一周期最少采20个点,即采样率最少为1k) ,每2个 采样点间隔为 20ms /2500 = 8 us
ADC可编程的通道采样时间 我们选71.5周期,则 ADC采样周期一周期大小为8us /71.5 。 ADC时钟频率约为 9 MHz。
将PCLK2 8 分频后作为ADC 的时钟,则可知ADC 时钟频率为 9MHz
方案二:我们的输入信号是50Hz (周期为20ms),初步定为1周期1000个采样点,(注:一周期最少采20个点,即采样率最少为1k) ,每2个 采样点间隔为 20ms /1000= 20 us
ADC可编程的通道采样时间 我们选239.5周期,则 ADC采样周期一周期大小为20us /239.5 。 ADC时钟频率约为 12 MHz。
将PCLK2 6 分频后作为ADC 的时钟,则可知ADC 时钟频率为 12MHz
参考链接:https://blog.****.net/pursue16/article/details/78853602
这篇文章很多人转载,但是其中错误且没有人指正出来,如1/1.3986us应该是0.715MHz,好像原作者写错了
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