ATmega128单片机MIMU数字化接口设计(3)

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1.3.2 ADC的分类及特性

根据ADC的原理及结构特点分类主要有：逐次逼近型、串行/并行比较型、双积分型、压频变换型、Σ-Δ调制型等。逐次逼近型是目前应用最多的转换器类型。其特点是转换速度比较快，价格适中，精度较高，在单片机系统中被广泛应用。并行比较型一次比较即可，故而转换速度极高，电路规模大，价格高只适用于视频AD转换器等速度要求特别高的领域。串行比较型又称为流水线型，其性能介于并行和逐次比较型之间。双积分型ADC其原理是将输入电压转换成时间即频率，然后由定时器或计数器数字输出，其优点是以简单电路得到高分辨率和高精度，缺点是采样速率非常慢，主要用于仪表的数位显示。压频变换型ADC是先将模拟信号转化为频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种ADC分辨率几乎可以无限增加，只要采样时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辨率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成AD转换功能。过采样Σ-△模数转换是近十几年发展起来的一种模数转换方式，过采样Σ-△ADC由Σ-△调制器和数字滤波器两部分构成。调制器利用积分和反馈电路，具有独特的噪声整型功能，把大部分量化噪声移出基带，因而过采样Σ-△ADC有着极高的精度，可达24位以上。但这种ADC是通过牺牲时间换取精度，故不适合高频信号的转换。

在选用ADC时往往需要考虑以下指标：分辨率、采样速率、线性误差、建立时间、温度灵敏度、输出电平、输入通道数、输入范围、输出接口特性等。

随着CMOS工艺的不断发展，单片AD性能不断提高，成本不断下降。目前，A/D转换器的转换速度已达到数百MSPS，分辨率已经达到24位，同时其功耗已经可以降低到μW级[18]。

1.4 SPI及UART接口技术的发展

下面对毕业设计中用到的通信接口进行介绍。

1.4.1 SPI接口技术

SPI（Serial Peripheral Interface--串行外设接口）总线系统是一种同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。SPI总线通常由4条线组成：串行时钟线（SCK）、主机输出从机输入线（MOSI）、主机输入从机输出线（MISO)和从机选择线（SSN）。SCK靠主机和数据流来驱动，MOSI数据线从主机输出数据作为从机的输入数据，MISO数据线传送从机输出的数据作为主机的输入数据。在大多数情况下，使用一个SPI作为主机，它控制数据向1个或几个从机传送。主机驱动数据从它的SCK和MOSI端到各从机的SCK和MOSI端，被选择的从机驱动数据从它的MISO端到主机的MISO端。SSN控制线用于从机选择控制[19]。

SPI接口用于CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，为全双工通信，数据传输速度可达到几Mbps。

在本次设计中，陀螺仪与CPU之间就是通过SPI接口进行数据传输。

1.4.2 UART接口技术

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)即异步串行接口。它出现于1980年前后，其数据传输速率是115kbps-230kbps。串口不支持热插拔且又传输速率较低，故而目前部分新主板和大部分便携电脑已经开始取消串口。目前，串口多用于工控和测量设备以及部分通讯设备中。

RS232是负逻辑电平，它定义+5~+12V为低电平，而-12~-5V为高电平。按电气标准及协议来分包括：RS232、RS442、RS485等。

RS232也称标准串口，是最常用的一种串行通讯接口。传统的RS-232-C接口标准有22根线采用25芯D型插头座（DB25），后来使用简化的DB9。其采用不平衡传输方式，即单端通讯。其发送与接受电平差小仅2-3V，故而共模抑制能力差，加上双绞线分布电容，其最大传输距离约为15米，最高速率为20kbps。RS232适合本地设备之间的短距离通信。