1、第7章 ATD模/數(shù)轉(zhuǎn)換 DIO、A/D、D/A,7.1 A/D轉(zhuǎn)換概述 模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程就是以一定的時(shí)間間隔對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，然后將采集到的模擬值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進(jìn)制代碼。為了得到真實(shí)而穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，A/D轉(zhuǎn)換過程就要滿足基本的性能指標(biāo)，以使從離散的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)可以最大限度地表征連續(xù)模擬信號(hào)。 A/D轉(zhuǎn)換主要技術(shù)指標(biāo): 量化精度：是指是指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，又稱分辨率。通常用二進(jìn)制位數(shù)來表示，如8位、10位精度的分辨率分別為1/28、1/210。10位精度能將采樣到的模擬量值轉(zhuǎn)換為一個(gè)10位二進(jìn)制數(shù)，可以表示210=1024個(gè)不同的電平級(jí)別。位數(shù)越高，量化精度就越高。例如量

2、化精度為8位，參考電壓為5V，則檢測到的模擬量變化為5/28=0.0195313V。 轉(zhuǎn)換速率：指完成一次從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。 積分式A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換時(shí)間:毫秒級(jí)、低速A/D 逐次逼近式A/D：微妙級(jí)、中速A/D 納秒級(jí)轉(zhuǎn)換屬于高速A/D 采樣速率：是指兩次A/D轉(zhuǎn)換之間的時(shí)間間隔的倒數(shù)，與轉(zhuǎn)換速率是不同的兩個(gè)概念。為了保證數(shù)字量對(duì)于模擬量的正確反映，采樣頻率必須滿足奈奎斯特采樣定律，另外采樣頻率還必須小于或等于A/D轉(zhuǎn)換速率。 誤差指標(biāo)。 模擬放大、濾波。 數(shù)據(jù)預(yù)處理（中值濾波、均值濾波）、分析、物理量回歸。,S12(X)A/D轉(zhuǎn)換特點(diǎn) S12X 內(nèi)置2組8通道10位的A

3、/D模塊（ATD0、ATD1），采用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持，共有25個(gè)控制寄存器，輸入電阻約25M，輸入模擬電壓范圍在05V之間選擇。 特點(diǎn)：,8/10 位精度 8位轉(zhuǎn)換時(shí)間6 us，10位轉(zhuǎn)換時(shí)間7us. 采樣緩沖放大器 可編程采樣時(shí)間 左/右 對(duì)齊, 有符號(hào)/無符號(hào)結(jié)果數(shù)據(jù) 外部觸發(fā)控制 轉(zhuǎn)換完成中斷 模擬輸入8通道復(fù)用，掃描轉(zhuǎn)換 模擬/數(shù)字輸入引腳復(fù)用 1到8轉(zhuǎn)換序列長度 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式 多通道掃描方式,相關(guān)引腳 VDDA、VSSA-ATD模擬電路電源和地，應(yīng)分別接MCU的VDD、VSS VRH、VRL-ATD參考高電壓和低電壓。通?？山覸DDA、VSSA 參考電壓VRH不能

4、大于ATD的電源電壓，VRL不能為負(fù)電壓 AN6/PAD6AN0/PAD0：模擬量輸入通道60，也可用作數(shù)字輸入口。 AN7/ETRIG/PAD7：模擬量輸入通道7，也可用作數(shù)字輸入口。 在A/D轉(zhuǎn)換的工作方式下，該引腳可以被配置成A/D轉(zhuǎn)換的外部觸發(fā)引腳 注：做通用并行AD口時(shí)：只能做輸入口（無方向控制寄存器），無內(nèi)部上拉電阻 運(yùn)行模式 停止模式（STOP）： 等待模式（WAIT）： 凍結(jié)模式（FREEZE）：進(jìn)入等待凍結(jié)后，F(xiàn)RZ1、FRZ0控制位決定ATD模塊如何工作。在模擬和調(diào)試時(shí)，這個(gè)模式非常有用。,7.2 ATD模塊工作原理,1. ATD模塊的采樣通道與轉(zhuǎn)換序列,S12X 有2組（

5、ATD0、ATD1）各8個(gè)模擬輸入通道，當(dāng)該通道輸入管腳沒用作模擬輸入時(shí)，可以作為普通數(shù)字量輸入口用；當(dāng)用作模擬量輸入時(shí)，其端口數(shù)據(jù)寄存器無效。 每次啟動(dòng)A/D可以進(jìn)行多次掃描循環(huán)，可以針對(duì)單通道，也可以是相鄰的幾個(gè)通道。 注：每個(gè)掃描循環(huán)稱為一個(gè)轉(zhuǎn)換序列,2. 轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換方式,us級(jí)， 可微調(diào) (初始化采樣周期數(shù) 程控采樣周期數(shù) 轉(zhuǎn)換周期數(shù) ) 轉(zhuǎn)換時(shí)間 A/D時(shí)鐘頻率 其中：初始化采樣周期數(shù) 2 -固定不變 程控采樣周期數(shù) 2，4，8，16 轉(zhuǎn)換周期數(shù) 10 -固定不變 A/D時(shí)鐘頻率 500KHz 2MHz 轉(zhuǎn)換方式： 單次方式：啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換一次 連續(xù)方式：啟動(dòng)之后連續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，新的

6、結(jié)果會(huì)覆蓋舊的值。,3. 轉(zhuǎn)換結(jié)果對(duì)齊方式 每個(gè)A/D通道都有2個(gè)寄存器存放轉(zhuǎn)換結(jié)果,用ATD0DRxH和ATD0DRxL表示 可以選擇左對(duì)齊或右對(duì)齊方式輸出結(jié)果。 8位或10位模式下對(duì)齊規(guī)則相同，8位時(shí)僅占用1個(gè)結(jié)果寄存器,7.3 A/D 寄存器的使用與配置,轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器,控制寄存器,狀態(tài)寄存器,Address offset $0002,A/D 控制寄存器2,ADPU - A/D 電源使能/禁止 1 = A/D模塊上電 0 = 禁止A/D，以減少功耗,AFFC - A/D 快速轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位清零 1 = 快速標(biāo)志位清零順序 每次讀取結(jié)果寄存器自動(dòng)清零 0 = 正常標(biāo)志位清零順序 需要手動(dòng)對(duì)

7、狀態(tài)標(biāo)志位清零,AWAI - A/D 等待模式 1 = 等待模式下，轉(zhuǎn)換 0 = 等待模式下，禁止轉(zhuǎn)換,ASCIE - A/D 轉(zhuǎn)換序列完成中斷使能,ASCIF - A/D 轉(zhuǎn)換序列完成發(fā)生中斷標(biāo)志位,ATD0CTRL2,外部觸發(fā)啟動(dòng)A/D使能位，來自引腳AN7,Address offset $0003,轉(zhuǎn)換序列長度,FIFO 結(jié)果寄存器 FIFO模式控制 0 = 結(jié)果寄存器沒有映射到轉(zhuǎn)換序列 1 = 結(jié)果寄存器映射到轉(zhuǎn)換序列,A/D 控制寄存器3,ATD0CTRL3,轉(zhuǎn)換序列長度就是需要轉(zhuǎn)換的通道數(shù) 比如： 通道0，1，2作為AD采集通道 則轉(zhuǎn)換序列為3，即S2C=1,S1C=1 在控制寄存

8、器5 ATD0CTL5中： 設(shè)CC CB CA = 0 0 0，轉(zhuǎn)換序列從通道0開始； ATD0DR0，ATD0DR1,ATD0DR2存放轉(zhuǎn)換結(jié)果 設(shè)CC CB CA = 0 1 0，轉(zhuǎn)換序列從通道2開始。 仍然是ATD0DR0，ATD0DR1,ATD0DR2存放轉(zhuǎn)換結(jié)果,5位 模數(shù)計(jì)數(shù)器預(yù)分頻器 - 由A/D控制寄存器中的PRS4:0控制 - 分頻系數(shù)從2到64 注: 設(shè)置PRS4:0時(shí)， A/D Clock 不能大于 2 MHz.,A/D 控制寄存器4- ATD0CTL4,SRES8 - A/D 精度選擇 1 = 8 位 0 = 10位,采樣時(shí)間選擇,Address offset $000

9、4,除2,5位 預(yù)分頻器,PRS0-PRS4,總線時(shí)鐘,A/D 時(shí)鐘,A/D時(shí)鐘計(jì)算公式：ATDClock = BusClock / (PRS+1) / 2 A/D時(shí)鐘頻率應(yīng)滿足： 500KHz ATDClock 2MHz,總的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間,A/D 時(shí)鐘,2, 4, 8, 16 時(shí)鐘周期,總是2 個(gè)時(shí)鐘周期,轉(zhuǎn)換時(shí)間計(jì)算舉例: (假設(shè) 2MHz A/D 時(shí)鐘頻率) 例 1: SMP1:0 = 00 轉(zhuǎn)換時(shí)間 = Initial Sample Time + Programmed Sample Time + Resolution Period = 2 + 2 + 10 = 14 A/D Cloc

10、ks=14x(1/2MHz) = 7uSec 例 2: SMP1:0 = 11 轉(zhuǎn)換時(shí)間= Initial Sample Time + Programmed Sample Time + Resolution Period = 2 + 16 + 10 = 28 A/D Clocks = 14uSec,SCAN 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式 1 = 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式 0 = 單次轉(zhuǎn)換,注意：對(duì)這個(gè)寄存器寫操作時(shí)，將會(huì)中斷當(dāng)前的轉(zhuǎn)換，然后重新啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換序列,通道選擇 0 0 0 = Chan 0 - - 1 1 1 = Chan 7,Address offset $0005,A/D控制寄存器5,MULT 多通道采樣模

11、式 1 = 多通道轉(zhuǎn)換 0 = 單通道轉(zhuǎn)換,DSGN 符號(hào)選擇 1 = 有符號(hào) 0 = 無符號(hào),ATD0CTRL5,DJM 對(duì)齊方式 1 = 右對(duì)齊 0 = 左對(duì)齊,ATD0STAT0,Address Offset $0006,$0007,A/D 狀態(tài)寄存器,FIFOR 當(dāng)結(jié)果寄存器在讀出之前已經(jīng)被寫入時(shí)，置位 ( CCF沒有清零時(shí)),SCF 轉(zhuǎn)換序列完成標(biāo)志 - 在單次轉(zhuǎn)換模式時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后置位 (SCAN = 0) 在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式時(shí)，當(dāng)?shù)谝淮无D(zhuǎn)換完成后置位 (SCAN = 1). 當(dāng) AFFC = 0 ，寫1清零.,ETORF - 外部觸發(fā)覆蓋標(biāo)志 - 如果在轉(zhuǎn)換過程中高/低電平出現(xiàn)，置

12、位,CC2:0 轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器 3-位計(jì)數(shù)器指向下一個(gè)將要轉(zhuǎn)換的通道,CCF7 -CCF0 獨(dú)立通道轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位 每個(gè)相應(yīng)的通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后置位； 當(dāng)相應(yīng)的A/D結(jié)果寄存器被讀出時(shí)，清零,ATD0STAT1,轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器-ATD0DRxH、ATD0DRxL,Address Offset $0010 - $0011 - - - $001E - $001F,Address Offset $0010 - $0011 - - - $001E - $001F,左對(duì)齊數(shù)據(jù)存放格式,右對(duì)齊數(shù)據(jù)存放格式,AD端口數(shù)字輸入寄存器,PTAD07,ATD0DIEN - ATD 數(shù)字信號(hào)輸入使能,0 禁止輸入，1 允許

13、輸入,7.4 應(yīng)用實(shí)例,【例7-1】MCU對(duì)ATD0通道5上的05V模擬電平進(jìn)行8位精度A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量結(jié)果送T口輸出，T口接8個(gè)LED燈，低電平點(diǎn)亮。 MCU總線時(shí)鐘頻率=8MHz，ATD的時(shí)鐘頻率為1MHz,采樣時(shí)間為16個(gè)ATD時(shí)鐘。,AN05,main: Entry: LDS #_SEG_END_SSTACK ; initialize the stack pointer SEI ;禁止中斷 LDAA #$FF STAA DDRT ;設(shè)置T口為輸出 LDAA #$FF STAA PTT ;T口輸出先全1 LDAA #$C0 STAA ATD0CTL2 ;使能A/D轉(zhuǎn)換,快速清標(biāo)志,禁止外觸發(fā),禁止中斷 LDAA #$08 STAA ATD0CTL3 ;轉(zhuǎn)換序列長度為1 LDAA #$E3 STAA ATD0CTL4 ;8位精度，PRS為3，ATD時(shí)鐘=(總線時(shí)鐘/2)/(PRS1) LDAA #$0