单片机原理与应用,10.3 A/D转换模块,本节提要,一、A/D转换基础知识 二、ATD模块简介 三、ATD模块寄存器 四、ATD模块编程范例,单片机原理与应用,本节提要,一、A/D转换基础知识 二、ATD模块简介 三、ATD模块寄存器 四、ATD模块编程范例,单片机原理与应用,ADC概述,微控制器处理的是离散量 (数字量) ，而现实中往往是连续量 (模拟量) 物理量如：温度, 压力,湿度以及速度等等 传感器 将物理量转换为电信号 (电压, 电流) 需要模拟-数字转换器将电信号转换为数字量以供微控制器处理,单片机原理与应用,基本概念,传感器,控制器,执行器,单片机原理与应用,ADC 工作原理,将输入电压与若干等间距的参考电压进行比较 因此需要比较器 Uin Uref Uout=V+ 1 Uin Uref Uout=0V 0,Uin,Uref,Uout,1位ADC,单片机原理与应用,ADC 工作原理,3 个比较器可将电压分成4 级 (以 2位来表示),Uref1,Uref2,Uref3,Rank0,Rank1,Rank2,Rank3,Uref1,Uref2,Uref3,Uout1,Uout2,Uout3,Quiz1: For voltage in rank2, Uout1 = ? Uout2 = ? Uout3 = ?,Umax,Umin,Uin,单片机原理与应用,ADC工作原理,2位ADC,Uin,Uref,R,R,R,R,D0,D1,编码器,8位 ADC, 需要多少个比较器?,单片机原理与应用,ADC工作原理,Flash Converter ADC 优点: 速度极快 缺点: 非常复杂 逐次逼近式A/D转换器,单片机原理与应用,ADC工作原理,逐次逼近式转换器转换过程 ( 4位 ),SA-ADC 完成一次转换至少需要 n 个时钟周期,单片机原理与应用,ADC工作原理,必须进行采样保持以避免输入电压在转换期间发生变化,单片机原理与应用,ADC工作原理,逐次逼近式转换器（ SA-ADC ） 非常快 比较复杂 SA-ADC在单片机中较为常见 单片机中常见 典型为8-12位 具有多个多路复用的模拟通道,单片机原理与应用,ADC 参数,转换位数（Bits） 分辨率 = 2-n (8bits = 0.39%) 转换速度（Speed） 由工作时钟频率和转换位数确定 转换范围（Range） 05V, 010V, -5V+5V. Etc 转换通道数（Channels） Distinguish the channel and converter,单片机原理与应用,本节提要,一、A/D转换基础知识 二、ATD模块简介 三、ATD模块寄存器 四、ATD模块编程范例,单片机原理与应用,8/10/12位可选 转换速度较高，10位精度，单次转换时间为7usec 采样时间可编程设置 多种转换模式：数据对齐方式、单次/连续转换、 转换结果比较 外触发控制 转换结束可产生中断 可用于8个模拟输入通道的模拟输入多路转换器. 模拟/数字输入引脚复用 18 转换序列长度. 多通道扫描,S12单片机ADC特性,单片机原理与应用,转换时间计算举例: (假设A/D 时钟为2MHz，10位精度 ) 转换时间 = Initial Sample Time + Programmed Sample Time + Resolution Period = 2 + 2 + 10 = 14 A/D Clocks = 7uSec,S12单片机ADC转换时间,单片机原理与应用,S12单片机ADC模块框图,ADC 引脚可用于数字输入,ADC 结果寄存器,模拟 输入 通道,参考电压,单片机原理与应用,本节提要,一、A/D转换基础知识 二、ATD模块简介 三、ATD模块寄存器 四、ATD模块编程范例,单片机原理与应用,ATD 模块寄存器,共27个寄存器 控制寄存器（ATDCTL0ATDCTL5，6个） 状态寄存器（ATDSTAT0ATDSTAT1，2个 ） 比较使能寄存器（ATDCMPE， 1个） 比较方式寄存器（ATDCMPHT ， 1个,） 转换输入使能寄存器（ATDDIEN ， 1个） 转换结果寄存器（ATDDR0ATDDR15，16个） 其中: 8位寄存器： ATDCTL0ATDCTL5, ATDSTAT0 16位寄存器：其余,单片机原理与应用,ATD Registers 1/12,ATD Control Register 0 (ATDCTL0),WRAP3-0 - Wrap Around Channel Select 0 = Reserved X = 多通道转换模式 从ANx回绕到AN0 1x 15 仅在ATDCTL5的MULT=1时有效,单片机原理与应用,ATD Registers 2/12,SRES1:0 - A/D Resolution Select,ATD Control Register 1 (ATDCTL1),ETRIGSEL - External Trigger Source Select S12XS此位无效,ETRIGCH3:0 - External Trigger Channel Select,SMP_DIS - Discharge Before Sampling Bit 0=No discharge 1 = discharge,注：写ATDCTL1会终止当前转换序列,单片机原理与应用,ATD Registers 3/12,ATD Control Register 2 (ATDCTL2),AFFC - ATD Fast Flag Clear All 0 = 向CCFn 标志位写1则清零 1 =读ATD转换结果寄存器则CCFn 标志位清零（当比较功能被禁止） 写ATD转换结果寄存器则CCFn 标志位清零（当比较功能被使能）,ICLKSTP - Internal Clock in Stop Mode Bit 0 = 停止模式下，停止当前转换，退出停止模式后ATD转换自动重新开始 1 = 停止模式下，可继续使用内部时钟进行ATD转换,ETRIGLE - External Trigger Level/Edge Control ETRIGP - External Trigger Polarity,ETRIGE - External Trigger Mode Enable 0 = 禁止外部触发信号 1 = 使能外部触发信号,ASCIE- ATD Sequence Complete Interrupt Enable 0 = 禁止ATD转换序列结束中断 1 = 使能ATD转换序列结束中断,ACMPIE - Internal Clock in Stop Mode Bit 0 = 禁止比较中断 1 = 使能比较中断,注：写ATDCTL2会终止当前转换序列,单片机原理与应用,ATD Registers 4/12,ATD Control Register 3 (ATDCTL3),DJM - Result Register Data Justification 0=Left justified data in the result registers 1=Right justified data in the result registers,S8C, S4C,S2C, S1C - Conversion Sequence Length,FIFO - Result Register FIFO Mode 0=Conversion results are placed in the corresponding result register up to the selected sequence length. 1=Conversion results are placed in consecutive result registers (wrap around at end).,FRZ1:0 - Background Debug Freeze Enable,注：写ATDCTL3会终止当前转换序列,单片机原理与应用,ATD Registers 5/12,设置预分频因子时，0.25MHzAEDCLK 8.3MHz,ATD Control Register 4 (ATDCTL4),SMP2:0 - Sample Time Select,PRS4:0 - ATD Clock Prescaler,采样时间长，采样点电平更准确的逼近外部信号电平,注：写ATDCTL4会终止当前转换序列,单片机原理与应用,ATD启动： 写ATDCTL5会终止当前转换序列，并开始新一次转换 此后，若外部触发信号每次满足触发条件都会开始一次ATD转换,ATD Registers 6/12,ATD Control Register 5 (ATDCTL5),SC - Special Channel Conversion 0=Special channel conversions disabled 1=Special channel conversions enabled,SCAN - Continuous Conversion Sequence Mode 0=Single conversion sequence 1=Continuous conversion sequences (scan mode),MULT - Multi-Channel Sample 0=Sample only one channel 1=Sample across several channels,CD,CC,CB,CA - Analog Input Channel Select Code,单片机原理与应用,单通道，单次转换 多通道，单次转换 单通道，序列转换模式 多通道，序列转换模式 特殊通道测试模式,ADC 工作方式,单片机原理与应用,ATD Registers 7/12,ATD Status Register 0 (ATDSTAT0),SCF - Sequence Complete Flag 0=Conversion sequence not completed 1=Conversion sequence has completed,ETORF - External Trigger Overrun Flag 0=No External trigger over run error has occurred 1=External trigger over run error has occurred,FIFOR- Result Register Over Run Flag 0=No over run has occurred 1=Overrun condition exists (result register has been written while associated CCFx flag was still set),CC3:0 - Conversion Counter 当前转换结果将写入的结果寄存器编号 例如： CC3:0=0110， 转换结果写入第6个结果寄存器 先入先出模式下，不被初始化，当计数到最大值回最小值 非先入先出模式下，转换开始和结束时被初始化为0 两种模式下终止ATD转换或开始新ATD转换均被清零,单片机原理与应用,ATD Registers 8/12,ATD Compare Enable Register (ATDCMPE),CMPE15:0 - Compare Enable for Conversion Number n (n= 15, 1