《ATD模数转换》PPT课件.ppt

第7章 ATD模/数转换 DIO、A/D、D/A,7.1 A/D转换概述 模/数转换过程就是以一定的时间间隔对模拟信号进行采样，然后将采集到的模拟值转换为相应的二进制代码。为了得到真实而稳定的转换数据，A/D转换过程就要满足基本的性能指标，以使从离散的采样点数据可以最大限度地表征连续模拟信号。 A/D转换主要技术指标: 量化精度：是指是指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，又称分辨率。通常用二进制位数来表示，如8位、10位精度的分辨率分别为1/28、1/210。10位精度能将采样到的模拟量值转换为一个10位二进制数，可以表示210=1024个不同的电平级别。位数越高，量化精度就越高。例如量化精度为8位，参考电压为5V，则检测到的模拟量变化为5/28=0.0195313V。 转换速率：指完成一次从模拟量到数字量的转换所需的时间的倒数。 积分式A/D转换的转换时间:毫秒级、低速A/D 逐次逼近式A/D：微妙级、中速A/D 纳秒级转换属于高速A/D 采样速率：是指两次A/D转换之间的时间间隔的倒数，与转换速率是不同的两个概念。为了保证数字量对于模拟量的正确反映，采样频率必须满足奈奎斯特采样定律，另外采样频率还必须小于或等于A/D转换速率。 误差指标。 模拟放大、滤波。 数据预处理（中值滤波、均值滤波）、分析、物理量回归。,S12(X)A/D转换特点 S12X 内置2组8通道10位的A/D模块（ATD0、ATD1），采用逐次逼近型A/D转换器，自带采样保持，共有25个控制寄存器，输入电阻约25M，输入模拟电压范围在05V之间选择。 特点：,8/10 位精度 8位转换时间6 us，10位转换时间7us. 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，扫描转换 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,相关引脚 VDDA、VSSA-ATD模拟电路电源和地，应分别接MCU的VDD、VSS VRH、VRL-ATD参考高电压和低电压。通常可接VDDA、VSSA 参考电压VRH不能大于ATD的电源电压，VRL不能为负电压 AN6/PAD6AN0/PAD0：模拟量输入通道60，也可用作数字输入口。 AN7/ETRIG/PAD7：模拟量输入通道7，也可用作数字输入口。 在A/D转换的工作方式下，该引脚可以被配置成A/D转换的外部触发引脚 注：做通用并行AD口时：只能做输入口（无方向控制寄存器），无内部上拉电阻 运行模式 停止模式（STOP）： 等待模式（WAIT）： 冻结模式（FREEZE）：进入等待冻结后，FRZ1、FRZ0控制位决定ATD模块如何工作。在模拟和调试时，这个模式非常有用。,7.2 ATD模块工作原理,1. ATD模块的采样通道与转换序列,S12X 有2组（ATD0、ATD1）各8个模拟输入通道，当该通道输入管脚没用作模拟输入时，可以作为普通数字量输入口用；当用作模拟量输入时，其端口数据寄存器无效。 每次启动A/D可以进行多次扫描循环，可以针对单通道，也可以是相邻的几个通道。 注：每个扫描循环称为一个转换序列,2. 转换时间与转换方式,us级， 可微调 (初始化采样周期数 程控采样周期数 转换周期数 ) 转换时间 A/D时钟频率 其中：初始化采样周期数 2 -固定不变 程控采样周期数 2，4，8，16 转换周期数 10 -固定不变 A/D时钟频率 500KHz 2MHz 转换方式： 单次方式：启动一次转换一次 连续方式：启动之后连续进行转换，新的结果会覆盖旧的值。,3. 转换结果对齐方式 每个A/D通道都有2个寄存器存放转换结果,用ATD0DRxH和ATD0DRxL表示 可以选择左对齐或右对齐方式输出结果。 8位或10位模式下对齐规则相同，8位时仅占用1个结果寄存器,7.3 A/D 寄存器的使用与配置,转换结果寄存器,控制寄存器,状态寄存器,Address offset $0002,A/D 控制寄存器2,ADPU - A/D 电源使能/禁止 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 需要手动对状态标志位清零,AWAI - A/D 等待模式 1 = 等待模式下，转换 0 = 等待模式下，禁止转换,ASCIE - A/D 转换序列完成中断使能,ASCIF - A/D 转换序列完成发生中断标志位,ATD0CTRL2,外部触发启动A/D使能位，来自引脚AN7,Address offset $0003,转换序列长度,FIFO 结果寄存器 FIFO模式控制 0 = 结果寄存器没有映射到转换序列 1 = 结果寄存器映射到转换序列,A/D 控制寄存器3,ATD0CTRL3,转换序列长度就是需要转换的通道数 比如： 通道0，1，2作为AD采集通道 则转换序列为3，即S2C=1,S1C=1 在控制寄存器5 ATD0CTL5中： 设CC CB CA = 0 0 0，转换序列从通道0开始； ATD0DR0，ATD0DR1,ATD0DR2存放转换结果 设CC CB CA = 0 1 0，转换序列从通道2开始。 仍然是ATD0DR0，ATD0DR1,ATD0DR2存放转换结果,5位 模数计数器预分频器 - 由A/D控制寄存器中的PRS4:0控制 - 分频系数从2到64 注: 设置PRS4:0时， A/D Clock 不能大于 2 MHz.,A/D 控制寄存器4- ATD0CTL4,SRES8 - A/D 精度选择 1 = 8 位 0 = 10位,采样时间选择,Address offset $0004,除2,5位 预分频器,PRS0-PRS4,总线时钟,A/D 时钟,A/D时钟计算公式：ATDClock = BusClock / (PRS+1) / 2 A/D时钟频率应满足： 500KHz ATDClock 2MHz,总的A/D转换时间,A/D 时钟,2, 4, 8, 16 时钟周期,总是2 个时钟周期,转换时间计算举例: (假设 2MHz A/D 时钟频率) 例 1: SMP1:0 = 00 转换时间 = Initial Sample Time + Programmed Sample Time + Resolution Period = 2 + 2 + 10 = 14 A/D Clocks=14x(1/2MHz) = 7uSec 例 2: SMP1:0 = 11 转换时间= Initial Sample Time + Programmed Sample Time + Resolution Period = 2 + 16 + 10 = 28 A/D Clocks = 14uSec,SCAN 连续转换模式 1 = 连续转换模式 0 = 单次转换,注意：对这个寄存器写操作时，将会中断当前的转换，然后重新启动新的转换序列,通道选择 0 0 0 = Chan 0 - - 1 1 1 = Chan 7,Address offset $0005,A/D控制寄存器5,MULT 多通道采样模式 1 = 多通道转换 0 = 单通道转换,DSGN 符号选择 1 = 有符号 0 = 无符号,ATD0CTRL5,DJM 对齐方式 1 = 右对齐 0 = 左对齐,ATD0STAT0,Address Offset $0006,$0007,A/D 状态寄存器,FIFOR 当结果寄存器在读出之前已经被写入时，置位 ( CCF没有清零时),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,CC2:0 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,ATD0STAT1,转换结果寄存器-ATD0DRxH、ATD0DRxL,Address Offset $0010 - $0011 - - - $001E - $001F,Address Offset $0010 - $0011 - - - $001E - $001F,左对齐数据存放格式,右对齐数据存放格式,AD端口数字输入寄存器,PTAD07,ATD0DIEN - ATD 数字信号输入使能,0 禁止输入，1 允许输入,7.4 应用实例,【例7-1】MCU对ATD0通道5上的05V模拟电平进行8位精度A/D转换，转换后的数字量结果送T口输出，T口接8个LED灯，低电平点亮。 MCU总线时钟频率=8MHz，ATD的时钟频率为1MHz,采样时间为16个ATD时钟。,AN05,main: Entry: LDS #_SEG_END_SSTACK ; initialize the stack pointer SEI ;禁止中断 LDAA #$FF STAA DDRT ;设置T口为输出 LDAA #$FF STAA PTT ;T口输出先全1 LDAA #$C0 STAA ATD0CTL2 ;使能A/D转换,快速清标志,禁止外触发,禁止中断 LDAA #$08 STAA ATD0CTL3 ;转换序列长度为1 LDAA #$E3 STAA ATD0CTL4 ;8位精度，PRS为3，ATD时钟=(总线时钟/2)/(PRS1) LDAA #$0