Lucas. 技术手记

驱动、bootloader、文件系统

嵌入式 SoC 与接口 07：ADC、DAC、参考电压与采样

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合集 · 嵌入式 SoC 与接口：从芯片框图到系统调试已发布 50 篇
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  1. 嵌入式 SoC 与接口 01：从摄像头框图认识 SoC
  2. 嵌入式 SoC 与接口 02：电平、地与逻辑阈值
  3. 嵌入式 SoC 与接口 03：差分、阻抗、端接与信号完整性
  4. 嵌入式 SoC 与接口 04：PMIC、供电时序与掉电行为
  5. 嵌入式 SoC 与接口 05：晶振、PLL、时钟树与跨时钟域
  6. 嵌入式 SoC 与接口 06：复位域、看门狗与故障恢复
  7. 嵌入式 SoC 与接口 07：ADC、DAC、参考电压与采样
  8. 嵌入式 SoC 与接口 08：MCU、MPU、SoC 与操作系统
  9. 嵌入式 SoC 与接口 09：CPU、异常、中断与多核
  10. 嵌入式 SoC 与接口 10：GPU：并行计算、图形与数据搬运
  11. 嵌入式 SoC 与接口 11：DSP：滤波、FFT、定点数与饱和
  12. 嵌入式 SoC 与接口 12：NPU：张量计算、片上存储与 TOPS
  13. 嵌入式 SoC 与接口 13：ISP：从传感器 RAW 到可用图像
  14. 嵌入式 SoC 与接口 14：视频编解码器与图像加速器
  15. 嵌入式 SoC 与接口 15：Boot ROM、Bootloader 与系统启动
  16. 嵌入式 SoC 与接口 16：NOR、NAND、擦写与 ECC
  17. 嵌入式 SoC 与接口 17：eMMC：总线模式、内部管理与分区
  18. 嵌入式 SoC 与接口 18：安全启动、固件签名与 A/B 升级
  19. 嵌入式 SoC 与接口 19：寄存器、地址空间与 MMIO
  20. 嵌入式 SoC 与接口 20：SRAM、DDR、带宽与延迟
  21. 嵌入式 SoC 与接口 21：Cache、一致性与可见性
  22. 嵌入式 SoC 与接口 22：DMA、描述符与环形缓冲
  23. 嵌入式 SoC 与接口 23：MMU、IOMMU 与三种地址
  24. 嵌入式 SoC 与接口 24：AXI、AHB、APB 与片内互连
  25. 嵌入式 SoC 与接口 25：零拷贝、dma-buf 与缓冲生命周期
  26. 嵌入式 SoC 与接口 26：共享内存、Mailbox 与核间通信
  27. 嵌入式 SoC 与接口 27：GPIO、Pinmux、上下拉与引脚状态
  28. 嵌入式 SoC 与接口 28：UART、RS-232 与 RS-485
  29. 嵌入式 SoC 与接口 29：I²C：地址、ACK、重复起始与上拉
  30. 嵌入式 SoC 与接口 30：SPI、QSPI 与 Flash 访问
  31. 嵌入式 SoC 与接口 31：定时器、PWM、输入捕获与编码器
  32. 嵌入式 SoC 与接口 32：I²S、PCM、TDM 与音频时钟
  33. 嵌入式 SoC 与接口 33：CAN 与 CAN FD：仲裁、帧和错误状态
  34. 嵌入式 SoC 与接口 34：USB：角色、端点、传输类型与 UVC
  35. 嵌入式 SoC 与接口 35：SD 与 SDIO：存储卡和外设功能
  36. 嵌入式 SoC 与接口 36：Ethernet：MAC、PHY、MDIO 与吞吐
  37. 嵌入式 SoC 与接口 37：PCIe：链路、枚举、BAR、中断与 DMA
  38. 嵌入式 SoC 与接口 38：MIPI 全景：CSI、DSI 与 PHY
  39. 嵌入式 SoC 与接口 39：摄像头接入：供电、复位、MCLK 与配置
  40. 嵌入式 SoC 与接口 40：CSI-2：数据类型、虚拟通道与带宽预算
  41. 嵌入式 SoC 与接口 41：显示链路：DSI、RGB、LVDS 与 HDMI
  42. 嵌入式 SoC 与接口 42：设备树、probe、IRQ 与资源生命周期
  43. 嵌入式 SoC 与接口 43：实时性、中断延迟与优先级反转
  44. 嵌入式 SoC 与接口 44：万用表、示波器、逻辑分析仪与 JTAG
  45. 嵌入式 SoC 与接口 45：综合排障：无图、花屏、丢帧与 NPU 慢
  46. 嵌入式 SoC 与接口 46：选修：Wi-Fi、Bluetooth 与蜂窝通信
  47. 嵌入式 SoC 与接口 47：选修：工业以太网、EtherCAT 与 TSN
  48. 嵌入式 SoC 与接口 48：选修：FPGA、流水线与时序约束
  49. 嵌入式 SoC 与接口 49：选修：长距离视频 SerDes 与 A-PHY
  50. 嵌入式 SoC 与接口 50：选修：温度、功耗、EMC 与长期可靠性
嵌入式 SoC 与接口 07：ADC、DAC、参考电压与采样的封面

第 7 / 50 课 · 核心课程。返回课程合集。

分辨率不等于准确度

理想 N 位单极性 ADC 的量化间隔常按 Vref/2^N 理解，真实传递曲线、端点定义按器件手册。失调、增益误差、噪声、参考漂移和输入驱动能力都会影响有效结果，12 位输出不表示每次测量都有 12 位准确度。

DAC 把数字值转成模拟量，同样受参考、负载、输出摆幅和建立时间限制。PWM 加低通可以形成平均电压，但不能不说明纹波、响应和负载就把它等同于专用 DAC。

采样前就要处理混叠

采样率为 1kHz 时，800Hz 正弦可能表现为低频混叠分量。采样后再做数字低通不能恢复已经混在一起的频率。模拟抗混叠滤波、输入带宽和采样时钟共同决定可测信号范围。

复用多通道 ADC 还需考虑切换后的采样建立时间，尤其是高源阻抗输入。多个通道一轮的总吞吐不等于每个通道都能达到该采样率。

ADC、DAC、参考电压与采样：模拟前端、参考与采样、数字值与误差

练习与参考结论

配套计算得到 3.3V、12 位的理想间隔约 0.806mV，并比较 800Hz 与其混叠频率。所有输入是构造值。

硬件练习用已知低压直流源记录均值、极值和参考电压，再改变采样时间或源阻抗。先确保输入在允许范围内，测量接线及保护属于实验条件，不能由量化公式代替。

配套代码

下载包包含独立运行所需文件，使用 Python 标准库；这里验证机制和计算，不代表开发板测量结果。

运行本课机制与计算示例

查看完整代码：main.py
import math


def main():
    reference, bits = 3.3, 12
    step = reference / (1 << bits)
    assert abs(step - 0.0008056640625) < 1e-12
    sample_rate, frequency = 1000, 800
    alias = abs((frequency + sample_rate / 2) % sample_rate - sample_rate / 2)
    assert alias == 200
    # 800Hz 与 -200Hz 的正弦采样相同；符号反映相位方向。
    a = [math.sin(2 * math.pi * frequency * n / sample_rate) for n in range(20)]
    b = [math.sin(-2 * math.pi * alias * n / sample_rate) for n in range(20)]
    assert max(abs(x - y) for x, y in zip(a, b)) < 1e-12
    print("ideal ADC step mV:", step * 1000, "alias frequency Hz:", alias)


if __name__ == "__main__":
    main()
下载代码

在项目根目录执行；下载包解压后，在解压目录执行 python3 main.py。

cd 'content/posts/驱动、bootloader、文件系统/嵌入式SoC与接口/07-ADC、DAC、参考电压与采样/code' && python3 main.py

延伸阅读

上一课：复位域、看门狗与故障恢复 · 下一课：MCU、MPU、SoC 与操作系统