C8051F060內(nèi)置高精度模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用方法
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1 引言
在混合信號單片機(jī)中，美國Cygnal公司新推出的C8051F06X系列高集成度混合信號單片機(jī)可謂一枝獨秀。C8051F06X是高度集成的片上系統(tǒng)單片機(jī)，它有多達(dá)59個數(shù)字I／O口，采用與8051兼容的內(nèi)核CIP-51，速度高達(dá)25MI／s。該系列單片機(jī)有C8051F060／2型和C8051F061／3型，與同家族的其他單片機(jī)相比，其模擬外設(shè)性能優(yōu)異，除有一個帶可編程放大器和多路選擇器的8路10位ADC外，還有兩路采樣速度可達(dá)1 MS／s的16位ADC，兩路12位DAC，3個電壓比較器，1個片內(nèi)溫度傳感器和參考電壓源等。本文僅以C8051F060型為例，著重介紹其高速、高精度模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用方法。
2 高精度模／數(shù)轉(zhuǎn)換器
模／數(shù)轉(zhuǎn)換接口由2路16位逐次逼近式ADC、集成采樣保持器、一個可編程窗口檢測器、一個DMA接口組成。ADC0／ADC1可配置成單端或差分輸入方式。模／數(shù)轉(zhuǎn)換的工作方式，窗口檢測器和DMA接口均可通過特殊功能寄存器由軟件控制，模／數(shù)轉(zhuǎn)換器及其采樣保持電路也可通過特殊功能寄存器單獨設(shè)置，如圖1所示。顯然，轉(zhuǎn)換啟動方式靈活，軟件事件、外部硬件信號和周期性的定時溢出都能用作觸發(fā)信號，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，16位的結(jié)果鎖存在SFR中，可由DMA接口將其存入片內(nèi)或片外RAM。
2．1 單端／差分輸入方式
ADCO和ADC1既可編程為單端輸入方式獨立工作，也可以設(shè)置為互相配合接收差分輸入信號。采用單端輸入方式時，ADC可配置為同步采樣，或采用不同的轉(zhuǎn)換速度。采用差分輸入時，ADC1服從于ADC0，除零點和增益校準(zhǔn)外，它的配置均基于ADC0。通道選擇寄存器AMXOSL的DIFFSEL位用于選擇單端和差分輸入方式。差分輸入時，輸入到ADC的是一個偽差分信號，每個ADC的實際測量電壓等于引腳AIN和引腳AINDG之間的電壓。AINDG必須在-0．2V～0．6V之間，在大多數(shù)系統(tǒng)中，AINDG接到AGND，否則，AINDG信號會產(chǎn)生一個微小的負(fù)向偏置，建議用內(nèi)部的校準(zhǔn)功能解決。AINOG和AIN1G要可靠連接在一起，為了得到精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，在兩種方式下，AINn電位均應(yīng)高于AINnG。
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2．2 參考電壓
ADC0和ADC1可以配置不同的參考電壓電路，既可以使用片內(nèi)精密參考電壓源，也可以使用片外參考電壓源。片內(nèi)參考電壓源電路由一個獨立的溫度穩(wěn)定式帶隙參考電壓發(fā)生器產(chǎn)生1．25 V電壓，再由一個緩沖放大器將其放大2倍，其最大負(fù)載電流不能大于100μA，建議在VREF端和VRGND端外接0．1μF和47 μF的旁路電容器。每個參考電壓電路可由參考電壓控制寄存器(REFnCN)分別控制，其中，BIASEn位控制參考電壓發(fā)生器的使能，REFBEn位控制乘2緩沖器的使能。當(dāng)禁止時，內(nèi)部參考電壓電路的耗電量為1μA，緩沖放大器呈高阻抗?fàn)顟B(tài)；當(dāng)使用內(nèi)部參考電壓源時，這兩個控制位均須置l；當(dāng)使用外部參考電壓源時，控制位REFBEn應(yīng)置0。應(yīng)該注意，不論使用何種參考電壓源，當(dāng)使用模／數(shù)轉(zhuǎn)換器時，BIASEn位必須置1，不使用模／數(shù)轉(zhuǎn)換器時，BIASEn位置0，以有利于降低能耗。
2．3 工作方式
ADC0和ADC1的最大轉(zhuǎn)換速度為1 MS／s，轉(zhuǎn)換時鐘由系統(tǒng)時鐘分頻產(chǎn)生，并由ADCnCF型寄存器的ADCnSC位設(shè)定。
2．3．1 轉(zhuǎn)換啟動方式
對于ADC0，模／數(shù)轉(zhuǎn)換的啟動方法有4種，由ADC0CN型寄存器中的轉(zhuǎn)換啟動方式位AD0CMl／AD0CM0決定，這4種方式分別是給ADC0CN的AD0BUSY位寫1；定時器2的溢出；定時器3的溢出；檢測到外部ADC轉(zhuǎn)換啟動信號CNVSTR0的上跳沿。對于ADC1，模／數(shù)轉(zhuǎn)換的啟動方法有5種，由寄存器ADC1CN中的轉(zhuǎn)換啟動方式位AdlCM12-AD1CM0決定，這5種方式分別是給ADC1CN的AD1BUSY位寫l；定時器2的溢出；定時器3的溢出；檢測到外部ADC轉(zhuǎn)換啟動信號CNVSTR的上跳沿；給ADC0CN的AD0BUSY位寫1。
在模／數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，ADnBUSY位被置1，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，該位被清零，如果允許中斷，ADnBUSY信號的下降沿將觸發(fā)中斷，并置位ADnINT的中斷標(biāo)志位ADCnON．5。在單端方式，模／數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)據(jù)存放在ADCnH和ADCnL中；在差分方式，模／數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)據(jù)是ADC0與ADC1之和，存放在ADC0H和ADC0L中。當(dāng)用給ADC0CN的AD0BUSY位寫1的方法啟動模／數(shù)轉(zhuǎn)換時，應(yīng)該查詢ADnINT位，以便確定模／數(shù)轉(zhuǎn)換何時完成，建議查詢步驟為給ADnINT寫0；給ADnBUSY寫1；查詢ADnINT位是否為l；處理ADC數(shù)據(jù)，當(dāng)在差分方式且以外部信號啟動模／數(shù)轉(zhuǎn)換時，應(yīng)將引腳CNVSTR0和引腳CNVSTR1連接起來。
2．3．2 采樣保持方式
模／數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣保持方式由ADCnCN型寄存器的ADCnTM位控制，一旦ADCn被啟動，其輸入將被連續(xù)采樣，而這時轉(zhuǎn)換尚未開始，當(dāng)AdnTM位為1，轉(zhuǎn)換開始進(jìn)行，一個采樣周期由18個SAR時鐘組成。當(dāng)用CNVSTRn信號啟動轉(zhuǎn)換時，ADC一直采樣，直到引腳CNVSTRn上出現(xiàn)一個上跳沿為止。將AdnTM位置為1，就能保證在模擬輸入端接外部多路選擇器時，滿足必要的建立時間。
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