ADμC812內(nèi)部ADC的應(yīng)用

1 ADμC812單片機(jī)內(nèi)部ADC簡介

1.1 ADC電路

　　ADμC812內(nèi)部的ADC轉(zhuǎn)換塊包含一個(gè)5μs轉(zhuǎn)換時(shí)間、8通道、12位、單電源的A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器由電容式DAC的常規(guī)逐次轉(zhuǎn)換器組成。ADC具有單獨(dú)的模擬電源和參考電壓,可最大限度地減少數(shù)字電路的干擾。轉(zhuǎn)換器接受的模擬電壓輸入范圍為0～＋VREF;片內(nèi)提供高精度、低漂移并經(jīng)廠家校準(zhǔn)的2.5 V基準(zhǔn)電壓。ADμC812內(nèi)集成的ADC轉(zhuǎn)換模塊有其特殊性,如果應(yīng)用不當(dāng),輕則影響ADC的性能,重則電路完全不能工作,甚至燒毀器件。下面對(duì)基準(zhǔn)電壓和模擬輸入電壓作詳細(xì)的介紹。

　?。?） 基準(zhǔn)電壓

　　ADμC812內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器的2.5 V基準(zhǔn)電壓既可由片內(nèi)提供,也可由外部基準(zhǔn)經(jīng)VREF引腳提供。若使用內(nèi)部基準(zhǔn),則在VREF和CREF引腳與AGND之間都應(yīng)當(dāng)連接0.1μF電容以便去耦。這些去耦電容應(yīng)放在緊靠VREF和CREF引腳處。為了達(dá)到規(guī)定的性能,建議在使用外部基準(zhǔn)時(shí),該基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)在2.3 V和模擬電源AVDD之間。圖1 給出使用外部基準(zhǔn)電源時(shí)的應(yīng)用電路。

圖1 使用外部基準(zhǔn)電源時(shí)的應(yīng)用電路

　　由于片內(nèi)基準(zhǔn)高精度、低漂移且經(jīng)工廠校準(zhǔn),并且當(dāng)ADC使能時(shí),在 VREF引腳會(huì)出現(xiàn)此基準(zhǔn)電壓。因此,在進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí),可將片內(nèi)基準(zhǔn)作為一個(gè)2.5 V的參考電源來使用。若要把片內(nèi)基準(zhǔn)用到微轉(zhuǎn)換器之外,則應(yīng)在 VREF引腳上加以緩沖并應(yīng)在此引腳與AGND之間連接0.1 μF電容。

　　圖 2 示出了把片內(nèi)基準(zhǔn)用到微轉(zhuǎn)換器之外時(shí)的應(yīng)用電路。

圖2 片內(nèi)基準(zhǔn)用到微轉(zhuǎn)換器之外時(shí)的應(yīng)用電路

　　在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)特別注意,內(nèi)部VREF將保持掉電直到ADC外圍設(shè)備模塊之一被它們各自的使能位上電為止。

　?。?） 模擬輸入

　　與其它ADC芯片相比,ADμC812的ADC模塊有一個(gè)缺點(diǎn),就是ADC正常工作的模擬輸入范圍為0~+2.5 V,而允許輸入的電壓范圍只能為正電壓0~+5V。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,若輸入的模擬電壓超過 +2.5 V（最大值為+5 V）,ADC的采樣結(jié)果為最大值（0FFFH）,雖然結(jié)果不對(duì),但并沒有影響 ADμC812正常工作;但是,一旦輸入負(fù)的模擬電壓,則會(huì)影響ADμC812正常工作,表現(xiàn)為ADC的基準(zhǔn)電壓（VREF = +2.5 V）消失和采樣結(jié)果不正確,且若長時(shí)間輸入負(fù)電壓,將有可能損壞芯片。 因此,在實(shí)際應(yīng)用中,若發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)ADC之后VREF端無電壓,則應(yīng)立即將芯片復(fù)位,并檢查模擬輸入信號(hào)的采集放大部分。在確保進(jìn)入ADμC812的模擬信號(hào)在0~+2.5 V范圍內(nèi)之后,才能再次啟動(dòng)ADC。實(shí)際應(yīng)用時(shí),應(yīng)保證輸入的模擬電壓為正電平。

　　一般情況下,ADC的輸入緩沖放大器采用0~5 V的電源工作,這樣,可以保證ADC的輸入在ADμC812的A/D轉(zhuǎn)換器的安全輸入范圍內(nèi),如圖3所示。如果實(shí)際情況不許可,ADC的輸入緩沖放大器的電源超出0~5 V,則應(yīng)采用圖4所示鉗位電路,可保證ADC的輸入在ADμC812 的A/D轉(zhuǎn)換器的安全輸入范圍內(nèi)。注意,ADC的輸入端有一個(gè)0.01μF的電容,這個(gè)電容是為了保證ADC的轉(zhuǎn)換精度。

圖3 ADC輸入緩沖放大器電源　　　　圖4 ADC的輸入鉗位電路

1.2 控制ADC工作的特殊功能寄存器

　　ADC的工作由三個(gè)特殊功能寄存器控制,即ADCCON1、ADCCON2和ADCCON3。

　?、?ADCCON1寄存器控制轉(zhuǎn)換與采集時(shí)間、硬件轉(zhuǎn)換模式以及掉電模式。
　　寄存器地址：FFH;
　　寄存器缺省值：20H;
　　位可尋址： 否。
　?、?ADCCON2寄存器控制ADC通道選擇和轉(zhuǎn)換模式。
　　寄存器地址：D8H;
　　寄存器上電缺省值： 00H;
　　位可尋址：是。
　?、?ADCCON3寄存器對(duì)用戶軟件給出ADC忙標(biāo)志指示。
　　寄存器地址：F5H;
　　寄存器上電缺省值： 00H;
　　位可尋址：否。

1.3 ADC的工作模式

　?。?） 典型運(yùn)用

　　當(dāng)特殊功能寄存器ADCCON1～3完成設(shè)置后,ADC將轉(zhuǎn)換模擬輸入并在特殊功能寄存器ADCDATAH/L中提供ADC12位結(jié)果字。用通道選擇位寫寄存器ADCDATAH的高4位以識(shí)別通道。

　?。?） ADC的DMA模式

　　ADμC812片內(nèi)ADC設(shè)計(jì)成5μs完成一次采樣,在中斷驅(qū)動(dòng)子程序中要求用戶在5μs時(shí)間內(nèi)完成中斷服務(wù)、讀ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果并為進(jìn)一步的后續(xù)處理存儲(chǔ)作準(zhǔn)備等全部工作。如果沒有完成,則下一次的ADC采樣可能丟失。因此,在ADμC812不能支持中斷速率的應(yīng)用中,可采用ADC DMA模式。

　　通過DMA使能位（ADCCON2.6）,使能ADC DMA模式,它允許ADC在每次設(shè)置寄存器ADCCON后連續(xù)采樣。每次采樣結(jié)果被寫入外部靜態(tài)RAM,無需ADμC812內(nèi)核的任何干預(yù)。這種方式確保ADC處于全速更新速率時(shí),ADμC812能捕獲連續(xù)的采樣流。

2 使用ADμC812內(nèi)部ADC的C51驅(qū)動(dòng)程序

　　下面將給出兩個(gè)使用ADμC812內(nèi)部ADC的C51驅(qū)動(dòng)程序。程序“ADC_pol.c”采用查詢工作方式,程序“ADC_int.c”采用中斷工作方式。

　?。?） 查詢工作方式下ADμC812內(nèi)部ADC的C51驅(qū)動(dòng)程序

　　使用查詢工作方式時(shí),通過測試ADCI位以決定A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。由ADμC812擴(kuò)展的特殊功能寄存器(SFR)ADCCON1、ADCCON2和ADCCON3進(jìn)行配置。典型設(shè)置如下:

　?、?置ADCCON1.7(ＭＤ1) = 0, ADCCON1.6(ＭＤ0) = 1,使ADC處于正常工作方式。
　?、?置ADCCON1.5(CK1) = 1, ADCCON1.4(CK0)=1,選擇A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘寬度為主時(shí)鐘寬度的8倍。
　?、?ADCCON1.3(AQ1)=1,ADCCON1.2(AQ0)=1,用于選擇采樣/保持放大器獲取輸入的模擬信號(hào)的周期數(shù)為8個(gè)ADC時(shí)鐘。
　?、?ADCCON2.7(ADC1)=1,A/D轉(zhuǎn)換中斷允許。
　　⑤ ADCCON2.5(SCONV)=1,連續(xù)轉(zhuǎn)換允許。
　?、?ADCCON2.3～2.0用于選擇A/D轉(zhuǎn)換通道和溫度傳感器。

　　按上述方法設(shè)置好以后,每完成一個(gè)通道的 A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的值就會(huì)存放在ADCDATAH的低4位和ADCDATAL中。程序“ADC_pol.c”見本刊網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版（http://www.dpj.com.cn）。

　?。?） 中斷方式下ADμC812內(nèi)部ADC的C51驅(qū)動(dòng)程序

　　本軟件的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為８通道順序采集,ADμC812的時(shí)鐘頻率為11.0592 MHz,CPU用中斷方式管理A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換完成時(shí),向CPU發(fā)請(qǐng)求信號(hào),CPU響應(yīng)中斷,中斷處理子程序負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀出并送往result_ADC[8]數(shù)組中,然后通道號(hào)加１。當(dāng)8個(gè)通道全部轉(zhuǎn)換結(jié)束后,將所有的結(jié)果送往UART。程序“ADC_int.c”見本刊網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版（http://www.dpj.com.cn）。

結(jié)語

　　ADμC812是真正意義上的完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片,是集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、微控制器、閃存于一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它的高性能和高精度轉(zhuǎn)換技術(shù),使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高性能和微型化。