单片机飞思卡尔ADC模块

吉林大学通信工程学院单片机原理与应用10.3A/D转换模块2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3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4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5单片机原理与应用基本概念传感器控制器执行器6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UinUrefUout=V+‘1’UinUrefUout=0V‘0’＋－UinUrefUout1位ADC7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)Uref1Uref2Uref3Rank0Rank1Rank2Rank3Uref1Uref2Uref3Uout1Uout2Uout3Quiz1:Forvoltageinrank2,Uout1=?Uout2=?Uout3=?UmaxUmin＋－＋－＋－Uin8单片机原理与应用ADC工作原理2位ADC＋－＋－＋－UinUrefRRRRD0D1编码器8位ADC,需要多少个比较器?9单片机原理与应用ADC工作原理FlashConverterADC优点:速度极快缺点:非常复杂逐次逼近式A/D转换器＋－Uin逐次逼近寄存器D/A转换器结果Uref10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11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＋－Uin12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SA-ADC通道选择寄存器13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）0~5V,0~10V,-5V~+5V.Etc..转换通道数（Channels）Distinguishthechannelandconverter14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15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1~8转换序列长度.多通道扫描S12单片机ADC特性16单片机原理与应用2,4,8,16ClocksAlways2Clocks转换时间计算举例:(假设A/D时钟为2MHz，10位精度)转换时间=InitialSampleTime+ProgrammedSampleTime+ResolutionPeriod=2+2+10=14A/DClocks=7uSecS12单片机ADC转换时间17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18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19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（ATDCTL0~ATDCTL5，6个）状态寄存器（ATDSTAT0~ATDSTAT1，2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（ATDDR0~ATDDR15，16个）其中:8位寄存器：ATDCTL0~ATDCTL5,ATDSTAT016位寄存器：其余20单片机原理与应用ATDRegisters1/12ATDControlRegister0(ATDCTL0)WRAP[3-0]-WrapAroundChannelSelect0=ReservedX=多通道转换模式从ANx回绕到AN01≤x≤15仅在ATDCTL5的MULT=1时有效21单片机原理与应用ATDRegisters2/12SRES[1:0]-A/DResolutionSelectATDControlRegister1(ATDCTL1)ETRIGSEL-ExternalTriggerSourceSelectS12XS此位无效ETRIGCH[3:0]-ExternalTriggerChannelSelectSMP_DIS-DischargeBeforeSamplingBit0=Nodischarge1=discharge注：写ATDCTL1会终止当前转换序列22单片机原理与应用ATDRegisters3/12ATDControlRegister2(ATDCTL2)AFFC-ATDFastFlagClearAll0=向CCF[n]标志位写1则清零1=读ATD转换结果寄存器则CCF[n]标志位清零（当比较功能被禁止）写ATD转换结果寄存器则CCF[n]标志位清零（当比较功能被使能）ICLKSTP-InternalClockinStopModeBit0=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-ExternalTriggerLevel/EdgeControlETRIGP-ExternalTriggerPolarityETRIGE-ExternalTriggerModeEnable0=禁止外部触发信号1=使能外部触发信号ASCIE-ATDSequenceCompleteInterruptEnable0=禁止ATD转换序列结束中断1=使能ATD转换序列结束中断ACMPIE-InternalClockinStopModeBit0=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23单片机原理与应用ATDRegisters4/12ATDControlRegister3(ATDCTL3)DJM-ResultRegisterDataJustification0=Leftjustifieddataintheresultregisters1=RightjustifieddataintheresultregistersS8C,S4C,S2C,S1C-ConversionSequenceLengthFIFO-ResultRegisterFIFOMode0=Conversionresultsareplacedinthecorrespondingresultregisteruptotheselectedsequencelength.1=Conversionresultsareplacedinconsecutiveresultregisters(wraparoundatend).FRZ[1:0]-BackgroundDebugFreezeEnable注：写ATDCTL3会终止当前转换序列24单片机原理与应用ATDRegisters5/12设置预分频因子时，0.25MHz≤AEDCLK≤8.3MHzATDControlRegister4(ATDCTL4)SMP[2:0]-SampleTimeSelectPRS[4:0]-ATDClockPrescalerDivideBy25-BitModulusCounterPrescalerPRS0-PRS4SYSTEMCLOCKA/DClock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25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ATDRegisters6/12ATDControlRegister5(ATDCTL5)SC-SpecialChannelConversion0=Specialchannelconversionsdisabled1=SpecialchannelconversionsenabledSCAN-ContinuousConversionSequenceMode0=Singleconversionsequence1=Continuousconversionsequences(scanmode)MULT-Multi-ChannelSample0=Sampleonlyonechannel1=SampleacrossseveralchannelsCD,CC,CB,CA-AnalogInputChannelSelectCode26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27单片机原理与应用ATDRegisters7/12ATDStatusRegister0(ATDSTAT0)SCF-SequenceCompleteFlag0=Conversionsequencenotcompleted1=ConversionsequencehascompletedETORF-ExternalTriggerOverrunFlag0=NoExternaltriggeroverrunerrorhasoccurred1=ExternaltriggeroverrunerrorhasoccurredFIFOR-ResultRegisterOverRunFlag0=Nooverrunhasoccurred1=Overrunconditionexists(resultregisterhasbeenwrittenwhileassociatedCCFxflagwasstillset)CC[3:0]-ConversionCounter当前转换结果将写入的结果寄存器编号例如：CC[3:0]=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转换均被清零28单片机原理与应用ATDRegisters8/12ATDCompareEnableRegister(ATDCMPE)CMPE[15:0]-CompareEnableforConversionNumbern(n=15,14,13,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0)ofaSequence0=Noautomaticcompare1=Automaticcompareofresultsforconversionnofasequenceisenabled对一个序列中第n次ATD转换结果进行比较，除CMPE[n]=1，还要完成如下设置：①将比较阈值写入ATDDRn②写ATDCPMHT的CMPHT[n]位选择比较方法注：写ATDCMPE会终止当前转换序列29单片机原理与应用ATDRegisters9/12ATDStatusRegister2(ATDSTAT2)CCF[15:0]-ConversionCompleteFlagn(n=15,14,13,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0)0=Conversionnumbernnotcompletedorsuccessfullycompared1=If(CMPE[n]=0):Conversionnumbernhascompleted.ResultisreadyinATDDRn.If(CMPE[n]=1):Compare