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C8051F020中的ADC應(yīng)用要素

作者: 時間:2016-10-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:歸納SOC型芯片中模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的應(yīng)用,包括精度與通道、速率與啟動、基準(zhǔn)與增益、數(shù)據(jù)與控制,提出編程及相關(guān)SFR的操作順序。 關(guān)鍵詞:片上系統(tǒng)(SOC) A/D轉(zhuǎn)換(ADC) 特殊功能寄存器(SFR) (簡稱F020)是美國德州Cygnal公司推出的一種混合信號SOC型8位單片機。它屬于C8051F系列中的F02x子系列。其性能價格比在目前應(yīng)用領(lǐng)域極具競爭力。F020具有8路12位A/D轉(zhuǎn)換(簡稱ADC)接口和8路8位在線可編程(ISP)的ADC電路,片上的特殊功能寄存器(簡稱SFR)有15個與ADC的控制相關(guān),它們是: AMUX0SL——AMUX0通道選擇寄存器,復(fù)位值為00000000; MAX0CF——AMUX0配置寄存器,復(fù)位值為00000000; ADC0CF——ADC0配置寄存器,復(fù)位值為11111000; ADC0CN——ADC0控制寄存器,復(fù)位值為00000000; ADC0H——ADC0數(shù)據(jù)字MSB寄存器,復(fù)位值為00000000; ADC0L——ADC0數(shù)據(jù)字LSB寄存器,復(fù)位值為00000000; ADC0GTH——ADC0下限數(shù)據(jù)高字節(jié)寄存器,復(fù)位值為11111111; ADC0GTL——ADC0下限數(shù)據(jù)低字節(jié)寄存器,復(fù)位值為11111111; ADC0LTH——ADC0上限數(shù)據(jù)高字節(jié)寄存器,復(fù)位值為00000000; ADC0LTL——ADC0上限數(shù)據(jù)低字節(jié)寄存器,復(fù)位值為00000000; AMX1SL——AMUX1通道選擇寄存器,復(fù)位值為00000000; ADC1CN——ADC1控制寄存器,復(fù)位值為00000000; ADC1CF——ADC1配置寄存器,復(fù)位值為11111000; ADC1——ADC1數(shù)據(jù)字寄存器,復(fù)位值為00000000; REF0CN——基準(zhǔn)電壓控制寄存器,復(fù)位值為00000000。 ADC是混合信號控制器的重要功能,如欲在應(yīng)用編程中得心應(yīng)手,就必須對其相關(guān)的有較清晰的整體認識。 1 ADC的精度與通道 F020采用TQFP100封裝,芯片引腳有8個(引腳18~25)專用于模擬輸入,是8路12位ADC的輸入端。每路12位的轉(zhuǎn)換精度都是其自身的%26;#177;1LSB(最低位)。實際上,對于12位逐次逼近寄存器型(SAR)ADC只有1個,在它與各輸入端之間有1個具有9通道輸入的多路選擇開關(guān)(可配置模擬多路開關(guān)AMUX)。AMUX的第9通道連接溫度傳感器。在F020中,12位ADC稱為ADC0,另有8路8位在系統(tǒng)可編程(ISP)的ADC電路稱為ADC1。其8個外接引腳與P1口復(fù)用,片內(nèi)結(jié)構(gòu)與ADC0相近,只是轉(zhuǎn)換的位數(shù)為8位,轉(zhuǎn)換精度為8位的%26;#177;1LSB。 ADC0端口的每一對均可用編程設(shè)置成為分別地單端輸入或差分輸入。差分輸入時的端口配對為0-1、2-3、4-5、6-7,此設(shè)置由通道選擇寄存器 AMUX0SL的低4位和通道配置寄存器AMUX0CF的低4位確定。在AMX0CF中,位3~0各對應(yīng)2個引腳通道。位值=0,表示是獨立的單端輸入(復(fù)位值均為單端輸入);位值=1,表示是差分輸入對。對應(yīng)AMX0CF選差分輸入時,AMUX0SL中只有在選雙數(shù)(含0)通道時才有效(注:AMUX0SL低4位為1xxx時,不論AMX0CF低4位為何值,均選溫度傳感器)。 將REF0CN的位3置“1”時,允許使用溫度傳感器;置“0”時,溫度傳感器的輸出為高阻態(tài)。溫度傳感器的值可用于修正參數(shù)的非線性或記錄、調(diào)整與溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)。 2 ADC的速率與啟動 C8051F系列單片機中ADC的速率都是可用編程設(shè)置的,但最少要用16個系統(tǒng)時鐘。一般在轉(zhuǎn)換之前還自動加上3個系統(tǒng)時鐘的跟蹤/保持捕獲時間(>1.5μs)。設(shè)置F020內(nèi)ADC速率的方法是通過配置寄存器ADCxCF(x為0或1)的位7~3來進行的,其復(fù)位值為11111(位 7~3=SYSCLK/CLK SAR-1)。 一般在啟動ADC之前都要處于跟蹤方式,控制寄存器ADCxCN的位6如果為“0”,則一直處于跟蹤方式(此時啟動4種啟動方式都可比跟蹤啟動快3個系統(tǒng)時鐘);如為“1”,則有4種跟蹤啟動方式可選擇,即對ADCxCN中的位3~2賦值:00為向ADBUSY寫1時跟蹤(軟件命令);01為定時器3溢出跟蹤;10為CNVSTR上升沿跟蹤(外部信號);11為定時器2溢出跟蹤。 復(fù)位時,ADCxCN的位7為0,處于關(guān)斷狀態(tài)。每次轉(zhuǎn)換結(jié)束時,ADCxCN的位5為“1”,位4(忙標(biāo)志)的下降沿觸發(fā)結(jié)構(gòu)中斷,也可用軟件查詢這些狀態(tài)位。 3 ADC的基準(zhǔn)與增益 F020的片內(nèi)有1個1.2V、15%26;#215;10 -6/℃的帶隙電壓基準(zhǔn)發(fā)生器和1個兩倍增益的輸出緩沖器。2.4V的基準(zhǔn)電壓(VREF)可通過外引腳分別接入ADC0、ADC1和DAC中。VREF 對外帶載能力為200μA(建議在驅(qū)動外部負載時,對地接1個負載電阻)。ADC使用偏置時,必須將參考源控制寄存器REFcCN中的位1置“1”;如果 “0”,則關(guān)閉內(nèi)部偏壓,此時可通過VREF引腳(引腳12)使用外部基準(zhǔn)電壓,外部基準(zhǔn)電壓必須小于VAV%26;#177;0.3V(還要大于 1V)。不用ADC,也不用DAC時,可將REFxCN的位0置“0”,使緩沖放大器處于省電方式(輸出為高阻態(tài))。 設(shè)置REF0CN的位4為“0”時,ADC0用VREF偏置,為“1”時,用DAC0輸出偏置;設(shè)置REF0CN的位3為“0”時,ADC1用VREF偏置,為“1”時,用AV+偏置。 在F020的ADC電路中,輸入多路選擇開關(guān)AMUX后面都帶有1個可用編程設(shè)置增益的內(nèi)部放大器(PGA)。當(dāng)各模擬通道之間輸入的電壓信號范圍差距較大時,或需要放大一個具有較大直流偏移的信號時(在差分輸入方式,DAC可用于提供直流偏移)顯得尤為有用。設(shè)置的方式是配置ADCxCF中的位 2~0(000對應(yīng)PGA的增益為1;001對應(yīng)為2;010對應(yīng)為4;011對應(yīng)為8;10x對應(yīng)為16、11x對應(yīng)為0.5)。這里的增益對溫度傳感器信號也起作用。當(dāng)增益為1時,VTEMP=0.002 86(V/℃)(TEMPC) ℃+0.776V。 4 ADC的數(shù)據(jù)與控制 對應(yīng)單端輸入,ADC結(jié)果數(shù)據(jù)字格式為:0V——0000,VREF——0FFF或FFF0。 對應(yīng)差分輸入,ADC結(jié)果數(shù)據(jù)字格式為2的補碼:VREF——07FF,0——0000,-VREF——F800或8000。 將ADCxCN的位0置“0”可使結(jié)果右對齊;置“1”可使結(jié)果左對齊。當(dāng)差分輸入時,右對齊產(chǎn)生的多余高位是符號擴展位。 C8051F系列單片機內(nèi)還設(shè)有數(shù)據(jù)相關(guān)窗口中斷發(fā)生器或稱可編程窗口檢測器,也叫ADC上(下)限數(shù)據(jù)寄存器ADC0G(L)TH(L),用后臺方式監(jiān)視一個關(guān)鍵電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位于規(guī)定的窗口之內(nèi)(或之外)時,向控制器申請轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷。要求在窗口之內(nèi)中斷時,上限寄存器LT裝入高位窗口數(shù),下限寄存器GT裝入低位窗口數(shù);若要求在窗口之外中斷時,則在下限寄存器GT中裝入高位窗口數(shù),在上限寄存器LT中裝入下限窗口數(shù)。 復(fù)位時,ADC部分的狀態(tài)為:內(nèi)部電壓基準(zhǔn)緩沖器關(guān)閉、內(nèi)部偏壓關(guān)閉、內(nèi)部傳感器關(guān)閉、ADC禁止、轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)寄存器右對齊、12位的端口均為單端輸入、端口指向AIN0、SAR轉(zhuǎn)換33個系統(tǒng)時鐘、內(nèi)部放大器增益為1、下限數(shù)據(jù)寄存器為FFFFH、上限數(shù)據(jù)寄存器為0000H。 綜合F020中與ADC相關(guān)的各,要想正確應(yīng)用ADC功能,應(yīng)按下列順序編程:設(shè)置參考電壓>設(shè)置允許ADC>設(shè)置跟蹤(啟動)方式>設(shè)定數(shù)據(jù)對齊>配置通道>選擇通道>設(shè)置轉(zhuǎn)換時鐘和增益>設(shè)定窗口檢測上、下限>啟動轉(zhuǎn)換。操作SFR的順序(以12位為例)為:REF0CH>ADC0CN>AMX0C>AMUX0SL>ADC0CF>ADC0GTH>ADC0GTL>ADC0LTH>ADC0LTL>ADC0CN 或其它啟動方式。

本文引用地址:http://www.butianyuan.cn/article/201610/307463.htm


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