1、C8051F020 中的 ADC 應(yīng)用要素哈爾濱工程大學(xué)摘要：歸納SOC 型C8051F020 中模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的應(yīng)用要素，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。：片上系統(tǒng)（SOC） A/D 轉(zhuǎn)換（ADC） 特殊功能寄存器（SFR）C8051F020（簡稱F020）是德州Cygnal 公司推出的一種混合信號SOC 型8 位單片機(jī)。它屬于C8051F系列中的F02X 子系列。其性能價(jià)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 位可編程（ISP）的ADC 電路，片上的特殊功能寄存器（簡稱SFR）有

2、 15 個(gè)與ADC 的控制相關(guān)，它們是：AMUX0SLAMUX0 通道選擇寄存器，復(fù)位值為 00000000；AMX0CFAMUX0 配置寄存器，復(fù)位值為 00000000；ADC0CFADC0 配置寄存器，復(fù)位值為 11111000；ADC0 控制寄存器，復(fù)位值為 00000000；ADC0HADC0 數(shù)據(jù)字MSB 寄存器，復(fù)位值為 00000000；ADC0LADC0 數(shù)據(jù)字LSB 寄存器，復(fù)位值為 00000000；ADC0GDC0 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；ADC0LDC0 上限數(shù)據(jù)高字

3、節(jié)寄存器，復(fù)位值為 00000000；ADC0LTLADC0 上限數(shù)據(jù)低字節(jié)寄存器，復(fù)位值為 00000000；AMX1SLAMUX1 通道選擇寄存器，復(fù)位值為 00000000；ADC1 控制寄存器，復(fù)位值為 00000000；ADC1CFADC1 配置寄存器，復(fù)位值為 11111000；ADC1ADC1 數(shù)據(jù)字寄存器，復(fù)位值為 00000000；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)的要素有較清晰的整體認(rèn)識。1、 ADC 的精度與通道F020 采用 TQFP100 封裝，引腳有 8 個(gè)（引腳 18-25）

4、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1LSB（最低位）。實(shí)際上，對應(yīng) 12 位逐次逼近寄存器型（SAR）ADC只有1 個(gè)，在它與各輸入端之間有 1 個(gè)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 是中，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(gè)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1LSB。ADC0 端口的每一對均可用編程設(shè)置成分別地單端輸入或差分輸入。差分輸

5、入時(shí)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 30 各對應(yīng) 2 個(gè)引腳通道。位值0，表示是獨(dú)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(shí)，AMUX0SL 中只有在選雙數(shù)（含 0）通道時(shí)才有效（注：AMUX0SL低 4 位為 1時(shí)，不論AMX0CF 低 4 位為何值，均選溫度傳感器）。將的位 3 置1時(shí)，允許使用溫度傳感器；置 0時(shí)，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、調(diào)整與溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)

6、。2、 ADC 的速率與啟動C8051F 系列單片機(jī)中ADC 的速率都是可用編程設(shè)置的，但最少要用 16 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘。一般在轉(zhuǎn)換之前還自動加上 3 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘的/保持捕獲時(shí)間（1.5s）。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 73 來進(jìn)行的，其復(fù)位值為 11111（位 73=SYSCLK/CLKSAR-1）。一般在啟動ADC 之前都要處于方式，控制寄存器的位 6 如果為0，則一直處于方式（此時(shí)啟動 4 種啟動方式都可比啟動快 3 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘）；如為1，則有 4 種啟動方式可選擇，即對中的位 32 賦值；00 為向ADBUSY 寫 1 時(shí)軟件命令）；

7、01 為定時(shí)器 3 溢出；10 為CNVSTR上升沿（外部信號）；11 為定時(shí)器 2 溢出。復(fù)位時(shí)，的位 7 為 0，處于關(guān)斷狀態(tài)。每次轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，的位 5 為1，位 4（忙標(biāo)志）的下降沿觸發(fā)結(jié)束中斷，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(gè) 1.2V、1510-6/的帶隙電壓基準(zhǔn)發(fā)生器和 1 個(gè)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 200A（建議在驅(qū)動外部負(fù)載時(shí)，對地接 1 個(gè)負(fù)載電阻）。ADC 使用偏置時(shí)，必須將參考源控制寄存器中的位 1 置于1；如置于0，

8、則關(guān)閉內(nèi)部偏壓，此時(shí)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VAV0.3V(還要大于 1V)。不用ADC，也不用DAC 時(shí)，可將的位 0 置0，使緩沖放大器處于省電方式（輸出為高阻態(tài)）。設(shè)置的位 4 為0時(shí)，ADC0 用VREF 偏置，為1時(shí)，用DAC0 輸出偏置；設(shè)置為的位 3為0時(shí)，ADC1 用VREF 偏置，為1時(shí)，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(gè)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(shí)，或需要放大一個(gè)具有較大直流偏移的信號時(shí)（在差分輸入方式，DAC 可用

9、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 20（000 對應(yīng)PGA的增益為 1；001 對應(yīng)為 2；010 對應(yīng) 4；011 對應(yīng)為 8；10 x 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(shí)，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-0或0。對應(yīng)差分輸入，ADC 結(jié)果數(shù)據(jù)字格式為 2 的補(bǔ)碼：VREF-07FF，0-0000，-VREF-F800 或 8000。將的位 0 置0可使結(jié)果右對齊；置1可使結(jié)果

10、左對齊。當(dāng)差分輸入時(shí)，右對齊產(chǎn)生的多余是符號擴(kuò)展位。C8051F 系列單片機(jī)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）數(shù)據(jù)寄存器ADC0G（L）TH（L），用方式監(jiān)視一個(gè)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(shí)，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(shí)，上限寄存器LT 裝入窗口數(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(shí)，則在下限寄存器GT 中裝入窗口數(shù)，在上限寄存器LT中裝入下限窗口數(shù)。復(fù)位時(shí)，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、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)換時(shí)鐘為 33 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘、內(nèi)部放大器增益為 1、下限數(shù)據(jù)寄存器為FH、上限數(shù)據(jù)寄存器為 0000H。綜合F020 中與 ADC 相關(guān)的各要素，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（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(shí)鐘和增益設(shè)定窗口檢測上、下限啟動轉(zhuǎn)