第8章模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）8.1ADC概述8.1.1ADC的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)8.1.2ADC的寄存器8.2ADC的工作方式

8.2.1自動轉(zhuǎn)換排序器的工作原理8.2.2連續(xù)自動排序模式8.2.3排序器的啟動/停止模式8.2.4輸入觸發(fā)源8.2.5排序轉(zhuǎn)換時的中斷操作8.3ADC時鐘預(yù)定標(biāo)8.4低功耗模式與上電次序周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院對一個DSP應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的，而A/D轉(zhuǎn)換器是（ADC）采集通道的核心，也是連接DSP與外界模擬信號的橋梁?？赏ㄟ^ADC將諸如穩(wěn)定、濕度、壓力、流量、電壓等外部模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以便提供給DSP使用，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制、數(shù)字信號處理等。TMS320F281x片內(nèi)集成了ADC。本章將詳細(xì)介紹ADC的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)、ADC的寄存器、ADC的工作方式以及ADC時鐘預(yù)定標(biāo)等內(nèi)容。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院8.1ADC概述TMS320F2812DSP片內(nèi)的ADC模塊是一個12位分辨率的、具有流水線結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），包括模擬電路單元和數(shù)字電路單元兩部分。其中模擬電路單元（也稱為ADC核）包括前端模擬多路復(fù)用器（MUXs）、采樣保持電路（S/H）、轉(zhuǎn)換內(nèi)核、電壓調(diào)節(jié)器以及其他模擬支持電路等；數(shù)字電路單元（也稱為輪詢程序）包括可編程轉(zhuǎn)換排序器、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器、模擬電路接口、設(shè)備外圍總線接口以及其他片上模塊接口等。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院

12位ADC模塊，內(nèi)含采樣/保持電路。同時采樣或順序采樣模式。模擬輸入范圍0~3V。

25MHz的ADC時鐘頻率，轉(zhuǎn)換時間短。

16通道，多路選通輸入。可在一次采樣中同時實(shí)現(xiàn)16路自動轉(zhuǎn)換的自動排序。排序器可以作為兩個獨(dú)立的8通道排序器或一個16通道排序器(即級聯(lián)模式)。16個結(jié)果寄存器存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果，皆可獨(dú)立尋址。8.1.1ADC的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院多個觸發(fā)源可以啟動A/D轉(zhuǎn)換。包括軟件(S/W,Software)啟動、事件管理器A/B(多個觸發(fā)源)啟動、外部引腳觸發(fā)啟動。靈活的中斷控制，允許每個排序的結(jié)束(EOS,EndofSequence)或每兩次EOS申請中斷一次。排序器可以工作在啟動/停止模式，允許多個時間排序的觸發(fā)源同步轉(zhuǎn)換。EVA、EVB觸發(fā)源可以獨(dú)立工作在雙排序器模式。采樣保持(S/H)獲取時間窗有單獨(dú)的預(yù)分頻時鐘。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院ADC模塊原理框圖周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院片上ADC模塊有：3個控制寄存器（ADCTRL1~3)1個狀態(tài)寄存器（ADCST）4個輸入通道選擇排序控制寄存器（ADCCHSELSEQ1~4)1個自動排序狀態(tài)寄存器（ADCASEQSR）1個最大轉(zhuǎn)換通道寄存器（ADCMAXCONV）16個結(jié)果寄存器（ADCRESULT0~15）。ADC模塊寄存器如表8-1所示。該表中的寄存器映射到外設(shè)幀PF2中，這個空間只允許16位訪問，32位的訪問會產(chǎn)生未定義的結(jié)果。8.1.2ADC的寄存器周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院ADC控制寄存器1：ADCTRL1位14RESET:模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊軟件復(fù)位位。為1，復(fù)位模塊。位13~12SUSMOD1~SUSMOD0：仿真懸掛模式。位11~8ACQ_PS3~ACQ_PS0：采樣時間窗寬度位。位7CPS：內(nèi)核時鐘預(yù)分頻器。設(shè)定對外設(shè)高速時鐘(HSPCLK)的分頻。位6CONTRUN：連續(xù)運(yùn)行位。0：啟動/停止模式。1：連續(xù)轉(zhuǎn)換模式。位5SEQOVRD：排序器超越模式位。1：使能超越模式。位4SEQCASC：級聯(lián)排序器工作模式位。0：雙排序器工作模式。l：級聯(lián)模式。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院ADC控制寄存器2：ADCTRL2位15EVBSOCSEQ：級聯(lián)排序器模式下EVBSOC使能位。1：EVB的信號啟動級聯(lián)的排序器SEQ。

位14RSTSEQ1：復(fù)位排序器1位。1：立即將排序器復(fù)位到CONV00。

位13SOCSEQ1：開始轉(zhuǎn)換SOC觸發(fā)排序器1。位11INTENASEQ1：排序器SEQ1的中斷使能位。1：使能。位10INTMODSEQ1：排序器SEQ1的中斷模式控制位。0：每個SEQ1排序結(jié)束時置1。

1：每隔一個SEQ1排序結(jié)束時置1。

位8EVASOCSEQ1：EVA對SEQ1產(chǎn)生SOC信號的屏蔽位。1：使能EVA的觸發(fā)信號源啟動SEQ1/SEQ。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院位7EXTSOCSEQ1：外部信號啟動SEQ1轉(zhuǎn)換位。1：使能。位6RSTSEQ2：復(fù)位排序器2。l：立即復(fù)位SEQ2

。位5SOCSEQ2：啟動SEQ2轉(zhuǎn)換位。位3INTENASEQ2：SEQ2的中斷使能控制位。1：使能。位2INTMODSEQ2：SEQ2的中斷模式控制位。0：每個SEQ2排序結(jié)束時置1。

1：每隔一個SEQ2排序結(jié)束時置1。

位0EVBSOCSEQ2：EVB對SEQ2產(chǎn)生SOC信號的屏蔽位。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院ADC控制寄存器3：ADCTRL3位7~6ADCBGRFDN1、ADCBGRFDN0：模數(shù)轉(zhuǎn)換內(nèi)部帶隙(Bandgap)和參考電壓源電路的電源上電。這兩位控制ADC內(nèi)部參考電壓源電路的上電與斷電。位5ADCPWDN：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊掉電控制位。位0SMODE_SEL：采樣模式選擇位。0:順序采樣。1：同時采樣。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院位4~1ADCCLKPS[3~0]：內(nèi)核時鐘分頻器。ADC時鐘分頻情況

ADCCLKPS[3~0]內(nèi)核時鐘分頻ADCLK00000HSPCLK/(ADCTRLl[7]+1)000l1HSPCLK/[2*(ADCTRLl[7]+1)]00102HSPCLK/[4*(ADCTRLl[7]+1)]………111014HSPCLK/[28*(ADCTRLl[7]+1)]111115HSPCLK/[30*(ADCTRLl[7]+1)]周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院最大通道轉(zhuǎn)換寄存器：ADCMAXCONV位6~0MAXCONVn：定義一次自動轉(zhuǎn)換最多可以轉(zhuǎn)換的通道個數(shù)。一次轉(zhuǎn)換的個數(shù)為MAXCONVn+1。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院自動排序狀態(tài)寄存器：ADCASSR位11~8SEQCNTR[3~0]：排序計(jì)數(shù)器狀態(tài)位。在轉(zhuǎn)換排序開始時，SEQCNTR[3~0]初始化為MAXCONV中的值。在一個自動轉(zhuǎn)換排序的每一個轉(zhuǎn)換之后，排序器的計(jì)數(shù)器減1。位6~0是排序器SEQ2和SEQ1的指針。作為TI測試用。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院ADC狀態(tài)和標(biāo)志寄存器：ADCST位7EOSBUF2：SEQ2的排序緩沖器結(jié)束位。位6EOSBUF1：SEQ1的排序緩沖器結(jié)束位。位5INTSEQ2CLR：SEQ2中斷清零位。位4INTSEQ1CLR：SEQ1中斷清零位。位3SEQ2BSY：SEQ2忙狀態(tài)位。位2SEQ1BSY：SEQ1忙狀態(tài)位。位1INTSEQ2：SEQ2中斷標(biāo)志位。位0INTSEQ1：SEQ1中斷標(biāo)志位。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院ADC輸入通道排序寄存器:ADCCHSELSEQ1~4每4位的CONVnn選擇16路模擬輸入通道中的一個作為自動排序的轉(zhuǎn)換通道。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果緩沖寄存器:ADCRESULT0~15寄存器ADCRESULTn中12位轉(zhuǎn)換結(jié)果是左對齊的，即存放在16位寄存器的高12位。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院由ADC模塊原理框圖可以看出，ADC共有16個輸入通道引腳，分成為兩組，一組是ADCINA0~ADCINA7，使用采樣保持器S/H-A，對應(yīng)于排序器SEQ1；另一組是ADCINB0~ADCINB7，使用采樣保持器S/H-B，對應(yīng)于排序器SEQ2。本節(jié)將介紹F2812內(nèi)部的ADC是如何工作的，即ADC的工作方式。8.2ADC的工作方式周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院自動排序器的作用是為需要轉(zhuǎn)換的模擬輸入通道安排轉(zhuǎn)換的順序，即確定先采哪個通道，后采哪個通道。ADC的排序器由2個8狀態(tài)排序器SEQ1和SEQ2組成，它們也可以級聯(lián)成1個16狀態(tài)排序器。這里所說的“狀態(tài)”是指排序器中能夠完成A/D轉(zhuǎn)換通道的個數(shù)。排序器又可以分為單排序器（級聯(lián)構(gòu)成16狀態(tài)）模式和雙排序器（2個相互獨(dú)立的8狀態(tài)）模式。

8.2.1自動轉(zhuǎn)換排序器的工作原理周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院單排序器（級聯(lián)為16狀態(tài)）模式下自動排序ADC結(jié)構(gòu)框圖

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院雙排序器（兩個獨(dú)立的8狀態(tài)）模式下自動排序ADC結(jié)構(gòu)框圖

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院ADC單操作模式和級聯(lián)操作模式比較特點(diǎn)單8狀態(tài)排序器1(SEQ1)單8狀態(tài)排序器2(SEQ2)級聯(lián)16狀態(tài)排序器(SEQ)開始轉(zhuǎn)換觸發(fā)信號(SOC)EVA,軟件,外部引腳EVB,軟件EVA,EVB,軟件,外部引腳最大轉(zhuǎn)換數(shù)(即排序器長度)8816自動停在排序器的結(jié)尾(EOS)是是是優(yōu)先級高低無效ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器0~78~150~15ADCCHSELSEQn位的分配CONV00~CONV07CONV08~CONV15CONV00~CONV15周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院為講解方便，規(guī)定排序器的狀態(tài)如下：排序器SEQ1：CONV00-CON07排序器SEQ2：CONV08-CON15排序器SEQ：CONV00-CON15轉(zhuǎn)換觸發(fā)特性：SEQ1：軟件、EVA、外部引腳，優(yōu)先級高于SEQ2SEQ2：軟件、EVB，優(yōu)先級低于SEQ1SEQ：軟件、EVA、EVB、外部引腳，無仲裁優(yōu)先級由每個排序所選的模擬輸入通道由排序控制寄存器（CHSELSEQn)的CONVnn位域（4位長）所定義，可指定16通道中的任何一個。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院

此模式，SEQ1或SEQ2在一次排序過程中，可對8個轉(zhuǎn)換通道進(jìn)行自動排序。轉(zhuǎn)換結(jié)果被保存到8個結(jié)果寄存器（SEQ1為ADCRESULT0~7，SEQ2為ADCRESULT8~15）。

在一個排序中的轉(zhuǎn)換個數(shù)受寄存器ADCMAXCONV中的一個3位域或4位域MAXCONVn控制。它的值在自動排序轉(zhuǎn)換開始時被自動裝載到自動排序狀態(tài)寄存器（ADCASEQSR)的排序計(jì)數(shù)器狀態(tài)位SEQ

CNTR3~0中。

MAXCONVn位域的值在0～7之間，排序器從狀態(tài)CONV00開始轉(zhuǎn)換，SEQCNTRn位域從裝載值開始向下計(jì)數(shù)，直到SEQCNTRn為0。

一次自動排序中完成的轉(zhuǎn)換數(shù)為MAXCONVn+1。8.2.2連續(xù)自動排序模式周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院連續(xù)的自動排序模式流程

一旦轉(zhuǎn)換啟動（SOC)觸發(fā)信號被排序器收到后，轉(zhuǎn)換立即開始，轉(zhuǎn)換通道數(shù)載入SEQCNTRn位域，按照ADCCHSELSEQn寄存器指定的通道順序進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

每個通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，SEQCNTRn自動減1。當(dāng)SEQCNTRn達(dá)到0時，將根據(jù)ADCTRL1寄存器的連續(xù)運(yùn)行位（CONTRUN)狀態(tài)，發(fā)生以下事情：周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院(1)如果CONTRUN位＝1，轉(zhuǎn)換排序自動再次啟動（即SEQCNTRn重載MAXCONV1中的初始值，且SEQ1狀態(tài)被置于CONV00）。在這種情況下，必須確保在下一次轉(zhuǎn)換排序之前讀取結(jié)果寄存器。在ADC模塊向結(jié)果寄存器寫入數(shù)據(jù)而用戶卻想從結(jié)果寄存器讀取數(shù)據(jù)時，ADC的仲裁邏輯確保結(jié)果寄存器不會崩潰。(2)如果CONTRUN位＝0，則排序器工作于啟動/停止模式，排序器會停留在最后的狀態(tài)（例如CONV06），并且SEQCNTRn繼續(xù)保持0值。因?yàn)槊看蜸EQCNTRn達(dá)到0時，中斷標(biāo)志會被置1。如果需要，用戶可使用ADCTRL2寄存器的RSTSEQn位，在中斷服務(wù)程序中復(fù)位排序器，以便下一次轉(zhuǎn)換啟動時，SEQCNTRn可以重載MAXCONV1的初始值，且SEQ1狀態(tài)被設(shè)置為CONV00。這一特性在排序器的啟動/停止操作中非常有用。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院

除了連續(xù)自動排序模式外，任何一個排序器（SEQ1、SEQ2或SEQ）都可工作在啟動/停止模式。

在此模式，可實(shí)現(xiàn)多個啟動轉(zhuǎn)換觸發(fā)在時間上同步。但是排序器完成一個轉(zhuǎn)換序列之后，可以在沒有復(fù)位到初始狀態(tài)CONV00情況下，被重新觸發(fā)。因此當(dāng)一個轉(zhuǎn)換排序結(jié)束后，排序器停留在當(dāng)前的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。在這種方式下，ADCTRL1寄存器的連續(xù)運(yùn)行位ADCTRL1.6位（CONTRUN位）必須設(shè)置為禁止（寫0）。8.2.3排序器的啟動/停止模式周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院每一個排序器都有一組能被使能或禁止的觸發(fā)源。SEQ1、SEQ2和SEQ的有效輸入觸發(fā)源見表8-9。8.2.4輸入觸發(fā)源周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院

排序器在轉(zhuǎn)換期間可以使用中斷方式1和中斷方式2兩種方式產(chǎn)生中斷，這兩種方式由ADCTRL2寄存器中的中斷使能位和中斷方式控制位決定。中斷方式1是每個排序序列轉(zhuǎn)換結(jié)束時產(chǎn)生中斷請求，即每轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOS）一個序列，便產(chǎn)生一次中斷請求。中斷方式2是每隔一個排序序列轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOS）時產(chǎn)生中斷請求，即不是每次轉(zhuǎn)換結(jié)束都會產(chǎn)生一個中斷請求，而是一個隔一個地產(chǎn)生。8.2.5排序轉(zhuǎn)換時的中斷操作周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院通過前面幾章的學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道晶振經(jīng)過PLL模塊之后產(chǎn)生了SYSCLKOUT，而CPU時鐘信號經(jīng)過高速時鐘預(yù)定標(biāo)器之后生成了高速外設(shè)時鐘HSPCLK提供給了像AD、EV這樣的高速外設(shè)，因此ADC模塊由高速外設(shè)時鐘HSPCLK提供基時鐘。圖8-16給出了從DSP芯片的外部時鐘輸入至ADC模塊的整個時鐘鏈。8.3ADC時鐘預(yù)定標(biāo)圖8-16輸入至ADC的時鐘鏈周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院高速外設(shè)時鐘HSPCLK并不是直接用于ADC模塊，而是將高速外設(shè)時鐘HSPCL除以ADCTRL3寄存器的ADCCLKPS3~0位的值，然后通過ADCTRL1寄存器的CPS位提供額外的二分頻（CPS=1時）或不分頻（CPS=0時），就可以得到ADC的內(nèi)核時鐘ADCCLK。另外，可通過控制ADCTRL1寄存器的ACQ_PS3~0位來增大采樣/采集窗口（采樣脈沖的寬度），使ADC適應(yīng)源阻抗的變化。這些位不影響S/H和轉(zhuǎn)換過程，但由于擴(kuò)展了SOC脈沖，也就延長了采樣部分所用的時間。如圖8-17所示。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣