片机片内外设模块(ATD).ppt

College of Communication Engineering, Jilin University,第10章 单片机片内外设模块,2,College of Communication Engineering, Jilin University,本章提要,10.1 并行I/O 10.2 异步串行通信SCI 10.3 同步串行通信SPI 10.4 ATD转换模块 10.5 周期中断定时器PIT 10.6 时钟产生器模块,3,College of Communication Engineering, Jilin University,本章提要,10.1 并行I/O 10.2 异步串行通信SCI 10.3 同步串行通信SPI 10.4 ATD转换模块 10.5 周期中断定时器PIT 10.6 时钟产生器模块,4,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4 ATD转换模块,10.4.1 A/D转换基本知识 10.4.2 ATD模块简介 10.4.3 ATD模块寄存器 10.4.4 ATD模块编程范例,5,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4 ATD转换模块,10.4.1 A/D转换基本知识 10.4.2 ATD模块简介 10.4.3 ATD模块寄存器 10.4.4 ATD模块编程范例,6,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.1 A/D转换基本知识,微控制器处理的是离散量 (数字量) ，而现实中往往是连续量 (模拟量)。物理量如：温度，压力，湿度以及速度等等。 传感器将物理量转换为电信号 (电压，电流) 需要模拟-数字转换器将电信号转换为数字量以供微控制器处理,7,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.1 A/D转换基本知识,逐次逼近式A/D转换器工作原理（4位为例）,SA-ADC 完成一次转换至少需要 n 个时钟周期,8,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.1 A/D转换基本知识,采样保持电路 可以避免输入电压在转换期间发生变化而引起的差错。,9,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.1 A/D转换基本知识,AD参数 转换位数（Bits）:分辨率 = 2-n (8bits = 1/256 = 0.39%) 转换速度（Speed）:由工作时钟频率和转换位数确定 转换范围（Range）:05V, 010V, -5V+5V. Etc 转换通道数（Channels）:8、16,10,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4 ATD转换模块,10.4.1 A/D转换基本知识 10.4.2 ATD模块简介 10.4.3 ATD模块寄存器 10.4.4 ATD模块编程范例,11,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.2 ATD模块简介,S12单片机ADC特性如下： 8/10/12位可选 转换速度较高，8位、8MHz、单次转换时间为2us 采样时间可编程设置 多种转换模式：数据对齐方式、单次/连续转换、转换结果比较 外触发控制 转换序列结束可产生中断，能够使能比较中断 模拟输入引脚与通用I/O口复用 多通道扫描， 116 转换序列长度。,12,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.2 ATD模块简介,S12单片机ADC转换时间：,转换时间计算举例: (假设A/D 时钟为2MHz，10位精度 ) 转换时间 = Initial Sample Time + Programmed Sample Time + Resolution Period = 2 + 4 + 10 = 16 A/D Clocks = 8us,13,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.2 ATD模块简介,S12单片机ADC模块框图,14,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4 ATD转换模块,10.4.1 A/D转换基本知识 10.4.2 ATD模块简介 10.4.3 ATD模块寄存器 10.4.4 ATD模块编程范例,15,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.3 ATD模块寄存器,S12单片机ATD模块共27个寄存器 控制寄存器（ATDCTL0ATDCTL5，6个） 状态寄存器（ATDSTAT0ATDSTAT1，2个 ） 比较使能寄存器（ATDCMPE， 1个） 比较方式寄存器（ATDCMPHT ， 1个） 转换输入使能寄存器（ATDDIEN ， 1个） 转换结果寄存器（ATDDR0ATDDR15，16个） 其中: 8位寄存器： ATDCTL0ATDCTL5, ATDSTAT0 16位寄存器：其余,16,College of Communication Engineering, Jilin University,1、 ATD Control Register 0 (ATDCTL0) $02C0,10.4.3 ATD模块寄存器,WRAP3-0 - Wrap Around Channel Select 0 = Reserved X = 多通道转换模式 从ANx回绕到AN0 1x 15 仅在ATDCTL5的MULT=1时有效,17,College of Communication Engineering, Jilin University,2、 ATD Control Register 1 (ATDCTL1) $02C1,10.4.3 ATD模块寄存器,SRES1:0 - A/D Resolution Select,ETRIGSEL - External Trigger Source Select S12XS此位无效,ETRIGCH3:0 - External Trigger Channel Select,SMP_DIS - Discharge Before Sampling Bit 0=No discharge 1 = discharge,注：写ATDCTL1会终止当前转换序列,18,College of Communication Engineering, Jilin University,3、 ATD Control Register 2 (ATDCTL2) $02C2,10.4.3 ATD模块寄存器,注：写ATDCTL2会终止当前转换序列,AFFC - ATD Fast Flag Clear All 0 = 向CCFn 标志位写1则清零 1 =读ATD转换结果寄存器则CCFn 标志位清零 （当比较功能被禁止） 写ATD转换结果寄存器则CCFn 标志位清零 （当比较功能被使能）,ETRIGE - External Trigger Mode Enable 0 = 禁止外部触发信号 1 = 使能外部触发信号,ASCIE- ATD Sequence Complete Interrupt Enable 0 = 禁止ATD转换序列结束中断 1 = 使能ATD转换序列结束中断,ACMPIE - ATD Compare Interrupt Enable 0 = 禁止比较中断 1 = 使能比较中断,ICLKSTP - Internal Clock in Stop Mode Bit 0 = 停止模式下，停止当前转换，退出停止模式后 ATD转换自动重新开始 1 = 停止模式下，可继续使用内部时钟进行ATD转换,ETRIGLE - 外部信号触发条件选择位 ETRIGP - 外部信号极性,19,College of Communication Engineering, Jilin University,4、 ATD Control Register 3 (ATDCTL3) $02C3,10.4.3 ATD模块寄存器,注：写ATDCTL3会终止当前转换序列,20,College of Communication Engineering, Jilin University,5、 ATD Control Register 4 (ATDCTL4) $02C4,10.4.3 ATD模块寄存器,注：写ATDCTL4会终止当前转换序列,采样时间长，采样点电平更准确的逼近外部信号电平,21,College of Communication Engineering, Jilin University,6、 ATD Control Register 5 (ATDCTL5) $02C5,10.4.3 ATD模块寄存器,ATD启动：写ATDCTL5会终止当前转换序列，并开始新一次转换 此后，若外部触发信号每次满足触发条件都会开始一次ATD转换,SC - Special Channel Conversion 0=Special channel conversions disabled 1=Special channel conversions enabled,SCAN - Continuous Conversion Sequence Mode 0=Single conversion sequence 1=Continuous conversion sequences (scan mode),MULT - Multi-Channel Sample 0=Sample only one channel 1=Sample across several channels,CD,CC,CB,CA - Analog Input Channel Select Code,22,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.3 ATD模块寄存器,单通道，单次转换 多通道，单次转换 单通道，序列转换模式 多通道，序列转换模式 特殊通道测试模式,ATD模块工作方式,23,College of Communication Engineering, Jilin University,7、 ATD Status Register 0 (ATDSTAT0) $02C6,10.4.3 ATD模块寄存器,SCF - Sequence Complete Flag 0=一次转换序列未完成 1=一次转换序列完成,ETORF - External Trigger Overrun Flag 0=No External trigger over run error has occurred 1=External trigger over run error has occurred,FIFOR- Result Register Overrun Flag 0=No over run has occurred 1=Overrun condition exists (result register has been written while associated CCFx flag was still set),CC3:0 - Conversion Counter 当前转换结果将写入的结果寄存器编号 例如： CC3:0=0110， 转换结果写入第6个结果寄存器 先入先出模式下，不被初始化，当计数到最大值回最小值 非先入先出模式下，转换开始和结束时被初始化为0 两种模式下终止ATD转换或开始新ATD转换均被清零,24,College of Communication Engineering, Jilin University,8、 ATD Compare Enable Register (ATDCMPE) $02C8,10.4.3 ATD模块寄存器,CMPE15:0 - Compare Enable for Conversion Number n (n= 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0) of a Sequence 0= No automatic compare 1= Automatic compare of results for conversion n of a sequence is enabled,对一个序列中第n次ATD转换结果进行比较，除CMPEn=1，还要完成如下设置： 将比较阈值写入ATDDRn 写ATDCPMHT的CMPHTn位选择比较方法,注：写ATDCMPE会终止当前转换序列,25,College of Communication Engineering, Jilin University,9、 ATD Status Register 2 (ATDSTAT2) $02CA,10.4.3 ATD模块寄存器,CCF15:0 - Conversion Complete Flag n (n= 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0) 0=Conversion number n not completed or successfully compared 1=If (CMPEn=0): Conversion number n has completed. Result is ready in ATDDRn. If (CMPEn=1): Compare for conversion result number n with compare value in ATDDRn, using compare operator CMPGTn is true. (No result available in ATDDRn),出现以下任一情况，CCFn被清零： 写ATDCTL5 当AFFC=0，向CCFn写1 当AFFC=1，且CMPEn=0，读ATDDRn 当AFFC=1，且CMPEn=1，写ATDDRn,26,College of Communication Engineering, Jilin University,10、ATD Input Enable Register (ATDDIEN) $02CC,10.4.3 ATD模块寄存器,IEN15:0 - ATD Digital Input Enable on channel x (x= 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0) 0=Disable digital input buffer to ANx pin 1=Enable digital input buffer on ANx pin,通用I/O口AD口与ATD模块的模拟输入引脚复用 将某个模拟输入引脚作为通用输入引脚使用时，必须将对应IEN位置位,27,College of Communication Engineering, Jilin University,11、 ATD Compare Higher Than Register (ATDCMPHT) $02CE,10.4.3 ATD模块寄存器,CMPHT15:0 - Compare Operation Higher Than Enable for conversion number n (n= 15, 14, , 2, 1, 0) of a Sequence 0= If result of conversion n is lower or same than compare value in ATDDRn, this is flagged in ATDSTAT2 1= If result of conversion n is higher than compare value in ATDDRn, this is flagged in ATDSTAT2,注：写ATDCMPHT会终止当前转换序列,28,College of Communication Engineering, Jilin University,1227、 ATD Conversion Result Registers (ATDDRn),10.4.3 ATD模块寄存器,ATDDR0ATDDR15 $02D0$02EE,关闭比较操作时，ATD转换结果写入ATDDRn,要写入的ATDDRn的编号由ATDSTAT0的CC3CC0转换计数给出,转换结果在ATDDRn中的放置位置与转换精度和结果对齐方式有关,使能比较功能时，ATD转换结果和比较阈值都总是12位，与SRES1:0(ATDCTL1)无关,DJM=0 比较阈值左对齐,DJM=1 比较阈值右对齐,转换结果不放入结果寄存器，比较完成后丢失,29,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4 ATD转换模块,10.4.1 A/D转换基本知识 10.4.2 ATD模块简介 10.4.3 ATD模块寄存器 10.4.4 ATD模块编程范例,30,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.4 ATD模块编程范例,ATD模块编程需要考虑的问题： 启动转换： 写ATD0CTL5将启动转换； 若使用外部触发，则需设定触发通道，触发条件，使能外部触发 转换进行： 设定AD时钟，采样时间，转换位数，8/10/12位可选 转换通道是否为特殊通道；转换序列是否为单通道；是否为连续 转换是否为比较功能，如是，则需要使能比较通道，写比较阈值，选择比较方式 转换结束： 读SCF判断转换序列是否完成；或查CCF15:0逐个通道判断；或采用中断方式 设置AFFC，CCF是否快速清零 结果数据存储的寄存器设置FIFO 读结果数据寄存器 比较方式下，比较结果存于CCF15:0，也可以使能比较中断,31,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.4 ATD模块编程范例,ATD模块编程方法 ATD初始化： 先写除ATD0CTL5外的控制寄存器 写ATD0CTL5完成初始化，并启动转换； ATD结果读取： 通过查询ATD0STAT0中的SCF位（某通道的CCF位）或采用中断方式，确定转换完成，读取相关结果寄存器取得ATD转换结果。 8/10/12位可选,32,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.4 ATD模块编程范例,ATD应用实例（P266 实验8） 1、任务： (1) 将一路模拟电平转换成数字量，并将转换结果显示LED灯上。 (2) 实现连续的单通道AD转换与结果显示，调节可调电阻，可以看到 转换结果的连续变化。当结果满足某个条件时，B口小灯闪烁， 条件不满足时，小灯恢复常态。 (3) 实现多路AD转换和结果显示，如按1时显示通道n，按2显示通道 n+1。 (4) 接续(3),采用中断方式和外部触发条件使用AD,33,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.4 ATD模块编程范例,ATD应用实例（P266 实验8） 2、硬件电路：,AD模拟电平产生电路与AD管脚的连接,34,College of Communication Engineering, Jilin University,10.4.4 ATD模块编程范例,ATD应用实例（P266 实验8） 3、软件编程： （1）AD初始化,void ATD_init(void) ATD0CTL1=0x0F; /选择8位转换精度 ATD0CTL2=0x40; /打开CCF快速清零，关闭外部触发输入，关闭中断 ATD0CTL3=0x08; /数据左对齐，non-fifo，转换序列长度为1 ATD0CTL4=0xE3; /采样时间为24个ATD时钟周期，ATDClk=8MB/8=1MHz ,35,College of Communication E