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楼主 |
发表于 2010-3-12 13:08:24
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手把手教你写S12XS128程序--A/D转换模块介绍
1、A/D转换原理
A/D转换的过程是模拟信号依次通过取样、保持和量化、编码几个过程后转换为数字格式。
a)取样与保持
一般取样与保持过程是同时完成的,取样-保持电路的原理图如图16所示,由输入放大器A1、输出放大器A2、保持电容CH和电子开关S组成,要求 AV1 * AV2 = 1。原理是:当开关S闭合时,电路处于取样阶段,电容器充电,由于 AV1 * AV2 = 1,所以输出等于输入;当开关S断开时,由于A2输入阻抗较大而且开关理想,可认为CH没有放电回路,输出电压保持不变。
图16 取样-保持电路
取样-保持以均匀间隔对模拟信号进行抽样,并且在每个抽样运算后在足够的时间内保持抽样值恒定,以保证输出值可以被 A/D 转换器精确转换。
b)量化与编码
量化的方法,一般有舍尾取整法和四舍五入法,过程是先取顶量化单位Δ,量化单位取值越小,量化误差的绝对值就越小,具体过程在这里就不做介绍了。将量化后的结果用二进制码表示叫做编码。
2、A/D转换器的技术指标
a)分辨率
分辨率说明A/D转换器对输入信号的分辨能力,理论上,n位A/D转换器能区分的输入电压的最小值为满量程的 1/2n 。也就是说,在参考电压一定时,输出位数越多,量化单位就越小,分辨率就越高。S12的ATD模块中,若输出设置为8位的话,那么转换器能区分的输入信号最小电压为19.53mV。
b)转换时间
A/D转换器按其工作原理可以分为并联比较型(转换速度快ns级)、逐次逼近型(转换速度适中us级)、双积分型(速度慢抗干扰能力强)。
不同类型的转化的A/D转换器转换时间不尽相同,S12的ATD模块中,8位数字量转换时间仅有6us,10位数字量转换时间仅有7us。
S12内置了2组10位/8位的A/D模块:ATD0和ATD1,共有16个模拟量输入通道,属于逐次逼近型A/D转换器(这个转换过程与用天平称物的原理相似)。
1、功能结构图
图17 A/D 模块功能结构图
图17所示的是 A/D 模块的功能结构,这个功能模块被虚线划分成为图示所示的虚线所隔离的三个部分:IP 总线接口、转换模式控制/寄存器列表,自定义模拟量。
IP 总线接口负责该模块与总线的连接,实现 A/D 模块和通用 I/O 的目的, 还起到分频的作用;
转换模式控制寄存器列表中有控制该模块的所有的寄存器,执行左右对齐运 行和连续扫描。
自定义模拟量负责实现模拟量到数字量的转换。包括了执行一次简单转换所 需的模拟量和数字量。
2、 HCS12 中A/D转化模块特点
8/10 位精度;7 us, 10-位单次转换时间.;采样缓冲放大器;可编程采样时间; 左/右对齐, 有符号/无符号结果数据;外部触发控制;转换完成中断;模拟输入 8 通道复用;模拟/数字输入引脚复用;1 到 8 转换序列长度;连续转换模式;多通 道扫描方式。
ATD 模块有模拟量前端、模拟量转换、控制部分及结果存储等四部分组成。其中模拟前端包括多路转换开关、采样缓冲器、放大器等,结果存储部分主要有8个 16 位的存储器和反映工作状态的若干标志位。
1、ATD0控制寄存器2---ATD0CTL2
ATD0CTL2主要控制ATD0的启动、状态标志以及上电模式,对寄存器进行写操作时,将中断当前的转化过程。寄存器ATD0CTL2如图18所示:
图18 ATD0CTL2寄存器
ADPU:A/D 使能控制位,相当于一个开关,用来启动/禁止A/D转换
1 = A/D 模块上电
0 = 禁止 A/D,以减少功耗
AFFC:A/D 快速转换完成标志位清零
1 = 快速标志位清零顺序,每次读取结果寄存器自动清零
0 = 正常标志位清零顺序,需要软件方式对状态标志位清零
AWAI:A/D 等待模式
1 = 等待模式下,ATD继续运行
0 = 等待模式下,ATD停止运行,以降低功耗
ETRIGP、ETRIGLE、ETRIGE:
ETRIGLE ETRIGP ETRIGE 描述
x x 0 忽略外部触发
0 0 1 下降沿触发
0 1 1 上升沿触发
1 0 1 低电平触发
1 1 1 高电平触发
【注意】ETRIGE:外部触发使能控制位,该功能借助引脚AN7,当AN7接收到外部触发时,启动A/D转换,否则不进行转换。0--忽略外部触发;1--有外部触发时开始转换,此时AN7不能用于A/D转换。
ASCIE:A/D 转化序列转换结束中断使能控制位
1 = 允许ATD转换序列转换结束后发生中断
0 = 禁止ATD 中断
ASCIF:A/D转换序列转换结束中断标志,只用于读。
1 = 发生中断
0 = 为发生中断
2、ATD0控制寄存器3---ATD0CTL3
ATD0CTL3主要控制结果寄存器的映射,设置转换序列的长度,还可以暂时冻结ATD0模块,尤其确定ATD0在BDM状态下的行为。寄存器ATD0CTL3如图19所示:
图19 ATD0CTL3寄存器
S1C、S2C、S4C、S8C:转换序列长度选择位控制位
【注意】ATD的每次启动要进行若干次扫描循环,每次扫描循环称为一个转换序 列。
FIFO:结果寄存器 FIFO模式控制位,
1 = 结果寄存器映射到转换序列
0 = 结果寄存器没有映射到转换序列
FRZ0、FRZ1:背景调试冻结控制位
FRZ Response
00 Ignore IFREEZE(冻结模式下继续转换)
01 Reserved(冻结模式下保留)
10 Finish conversion then freeze(完成转换后冻结)
11 Freeze Immediately(冻结模式下立刻冻结)
3、ATD0控制寄存器4---ATD0CTL4
ATD0CTL4用于选择时钟,选择采样转换时间以及选择8位/10位转换方式。寄存器ATD0CTL4如图20所示:
图20 ATD0CTL4寄存器
SRES8 : A/D 精度选择控制位
1 = 将采集到的模拟量以8位二进制数表示
0 = 将采集到的模拟量以10位二进制数表示
SMP0、SMP1 : 采样时间选择控制位
SMP [1:0] 采样时间
00 2 A/D 时钟周期
01 4 A/D 时钟周期
10 8 A/D 时钟周期
11 16 A/D 时钟周期
PPS[0:4] : 5 位 模数计数器预分频器
- 分频系数从 2 到 64
- A/D时钟计算公式 :ATDClock = BusClock/(PRS + 1) × 0.5
- A/D时钟频率应满足:
【注意】对于AD转换来说,它的转换周期包括采样时间和运算时间。如果频率太高,则采样时间过短。这对于输出阻抗比较大或信号频率比较高的信号来说,就会产生较大的采样误差,那么AD转换的精度就会受较大的影响。
4、ATD0控制寄存器4---ATD0CTL5
ATD0CTL5用于选择转换方式,选择转换通道,设置单/多通道转换和单次/连续转换模式以及对齐方式。寄存器ATD0CTL5如图20所示:
5、ATD0状态寄存器5---ATD0START0、ATD0START0
ATD0START0反映当前的转换通道、A/D转换是否结束、是否有外部触发等;
ATD0START1反映转换序列中相应的转换是否完成。寄存器ATD0START0、ATD0START1如图21所示:
SCF ---转换序列完成标志
在单次转换模式时,当转换完成后置位 (SCAN = 0)
在连续转换模式时,当第一次转换完成后置位 (SCAN = 1),当AFFC = 0,写 1 清零。
ETORF ---外部触发覆盖标志
如果在转换过程中高/低电平出现,置位 FIFOR
当结果寄存器在读出之前已经被写入时,置位 ( CCF 没有清零)
CC[2:0]转换计数器---3位计数器指向下一个将要转换的通道
CCF7 -CCF0 ---独立通道转换完成标志位每个相应的通道转换结束后置位,当相应的 A/D 结果寄存器被读出时,清零,注意当 AFFC 位不同时的情况
第十六讲:A/D转换应用实例
要让 ATD 开始转换工作,必须经过以下三个步骤:
1.将 ADPU 置 1,使 ATD 启动;
2.按照要求对转换为数、扫描方式、采样时间、时钟频率及标志检查等方式 进行设置;
3.发出启动命令;
如果上电默认状态即能满足工作要求,那么只要将 ADPU 置 1,然后通过控 制寄存器发出转换命令,即可实现转换。
【例程2】
程序描述:由通道ATD0进行单通道A/D转换,转换值在B口显示
程序如下:
#include <hidef.h> /* common defines and macros */
#include <mc9s12dg128.h> /* derivative information */
#pragma LINK_INFO DERIVATIVE "mc9s12dg128b"
/******定义变量********/
word AD_wValue;//AD转换结果
/*时钟初始化*/
void PLL_Init(void) //PLLCLK=2*OSCCLK*(SYNR+1)/(REFDV+1)
{ //锁相环时钟=2*16*(2+1)/(1+1)=48MHz
REFDV=1; //总线时钟=48/2=24MHz
SYNR=2;
while(!(CRGFLG&0x08));
CLKSEL=0x80;
}
/*AD初始化*/
void AD_Init(void)
{
ATD0CTL2=0xC0; // 启动A/D, 快速清零, 无等待模式, 禁止外部触发, 中断禁止
ATD0CTL3=0x20; // 转换序列长度为4, No FIFO, Freeze模式下继续转换
ATD0CTL4=0x85; // 8位精度, 2个时钟, ATDClock=[BusClock*0.5]/[PRS+1]=2MHzRS=5,divider=12
ATD0CTL5=0xA0; // 右对齐无符号,单通道采样,通道0
ATD0DIEN=0x00; // 禁止数字输入
}
/*读取AD转换结果*/
void AD_GetValue(word *AD_wValue)
{
*AD_wValue=ATD0DR0; //读取结果寄存器的值
}
/**********主函数**************/
void main(void)
{
PLL_Init();
AD_Init();
DDRB=0xFF;
PORTB=0x00;
EnableInterrupts;
for(;;)
{
while(!ATD0STAT1_CCF0); // 等待转换结束while(ATDOSTAT1_CCF0==1)
AD_GetValue(&AD_wValue); // 读取转换结果
PORTB = (byte)AD_wValue; // 在B口显示转换值
}
} |
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