单片机ADC编程应用【freescale 单片机原理及应用】.pdf

Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China Freescale 单片机原理及应用单片机原理及应用 Freescale HCS08单片机单片机ADC编程应用编程应用 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China Slide 1Slide 1 Freescale HCS08单片机单片机ADC编程应用编程应用 Contents and ObjectivesContents and Objectives 理解HCS08的ADC模块原理 ADC如何启动 如何判断ADC转换结束 查询方式 中断方式 学会ADC模块设计 ADC模块寄存器功能 查询方式程序 中断方式程序 进一步认识 对MCU外部管脚 内部模块的控制正是 通过Regs的控制来实现 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China S08系列MCU内部的模数转换器ADC Analog to Digital Converter 是一个逐次逼近型10位ADC 它集 成在MCU内部 支持28个独立的模拟输入 AD0 AD27 MC9S08AW60系列的MCU仅使用了其中的18个输入通 道 AD0 AD15 AD26和AD27 这些输入通道通过 ADCH位进行选择 有些输入和I O管脚复用 Slide 2 6 1 概述概述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 外部信号管脚 ADC模块支持高达28个独立的模拟输 入 它还有4个电源 参考 地连接管脚 模拟通道输入 ADx ADC模块支持高达28个独立的模拟 输入 转换器的模拟输入通过ADCH 通道选择位选定 Slide 3 6 1 概述概述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 外部信号管脚 ADC模块支持高达28个独立的模拟输 入 它还有4个电源 参考 地连接管脚 模拟供电电源 VDDAD ADC模块使用VDDAD管脚供电 只需要把VDDAD管脚连接到 VDD管脚 建议在VDDAD管脚 连接退耦电容 在有些封装中 VDDAD管脚内部连接到VDD Slide 4 6 1 概述概述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 外部信号管脚 ADC模块支持高达28个独立的模拟输 入 它还有4个电源 参考 地连接管脚 模拟地 VSSAD ADC模块使用VSSAD管脚接地 只 需要把VSSAD管脚连接到VSS管脚 在有些封装中 VSSAD管脚内部连 接到VSS Slide 5 6 1 概述概述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 外部信号管脚 ADC模块支持高达28个独立的模拟输 入 它还有4个电源 参考 地连接管脚 高参考电压 VREFH VREFH管脚是ADC模块的高参考电压 输入管脚 VREFH管脚可以被连接到 VDDAD管脚 也可以连接到一个外部 参考电压源 要求外部参考电压源不 能超过VDDAD 不能低于最小 VDDAD 在有些封装中 VREFH管 脚内部连接到VDDAD Slide 6 6 1 概述概述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 外部信号管脚 ADC模块支持高达28个独立的模拟输 入 它还有4个电源 参考 地连接管脚 低参考电压 VREFL VREFL管脚是ADC模块的低参考电压 输入管脚 只需要把VREFL管脚连接 到VSSAD管脚 在有些封装中 VREFL管脚内部连接到VSSAD Slide 7 6 1 概述概述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 外部信号管脚 ADC模块支持高达28个独立的模拟输 入 它还有4个电源 参考 地连接管脚 Slide 8 6 1 概述概述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 内部结构 Slide 9 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China ADC管脚允许 3个8位管脚控制寄存器APCTL1 APCTL2 APCTL3 Pin Control Registers 用于禁止被用作模拟输入的I O管脚的端口控制 当ADPCx 0时 允许相应管脚的I O控制 即管脚不作为ADC通道 当ADPCx 1时 禁止相应管脚的I O控制 即管脚作为ADC通道 Slide 10 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China ADC通道选择 28个通道 Slide 11 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China ADC时钟选择和分频控制 总线时钟和ICGERCLK时钟可作为ADC模块时钟 ADC时钟具有频率范围 Slide 12 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China ADC时钟选择和分频控制 Slide 13 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China ADC时钟选择和分频控制 可以选用四种时钟源中的一种来作为ADC模块的时钟 然后再把这个时 钟源分频后产生转换器的输入时钟ADCK 四种时钟源的选择通过 ADICLK位的设定来完成 分频系数通过ADIV位被设成1 2 4或8 Slide 14 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China ADC时钟选择和分频控制 无论选定哪一个时钟源 其频率必须处在ADCK的许可频率范围之内 ADLPC 0 时 0 4MHz fADCK ADLPC 1 时 0 4MHz fADCK 若选用软件触发 那么写ADC1SC1 ADCH位不全为1 后将启动 AD转换 若选用硬件触发 那么在一个硬件触发 ADHWT 事件之后将启 动AD转换 若允许连续转换方式 那么转换结果传送到结果数据寄存器之后将 启动下一次AD转换 Slide 18 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 转换控制 软件触发和硬件触发 Slide 19 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 转换控制 单次转换和连续转换 Slide 20 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 转换控制 转换结束 当转换结果被传送到数据结果寄存器ADC1RH和ADC1RL时 一次 转换结束 转换结束通过设置COCO位为1来指示 如果AIEN位为 1 在COCO位为1时还可以产生一次中断 Slide 21 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 转换控制 转换结束 当转换结果被传送到数据结果寄存器ADC1RH和ADC1RL时 一次 转换结束 转换结束通过设置COCO位为1来指示 如果AIEN位为 1 在COCO位为1时还可以产生一次中断 Slide 22 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 其余功能 自动比较功能 自动比较功能用于检测一个上门限电压或下门限电压 在输入信号被采样并转换之 后 转换结果和二进制补码值ADC1CVH ADC1VL相加 若选上门限比较 ACFGT 1 那么当结果大于或等于比较值时 COCO位变为1 若选用下门限比 较 ACFGT 0 那么当结果小于比较值时 COCO位变为1 和二进制补码比较 值相加的结果值被传送到ADC1RH和ADC1RL中 Slide 23 6 2 功能描述功能描述 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 管脚控制寄存器 APCTLx ADPCx 0 对应管脚的I O启动AD转换允许相应管脚的I O控制 即管脚不作为 ADC通道 当ADPCx 1时 禁止相应管脚的I O控制 即管脚作为ADC通道 Slide 24 6 3 内部寄存器内部寄存器 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 状态和控制寄存器1 ADC1SC1 Slide 25 6 3 内部寄存器内部寄存器 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 状态和控制寄存器1 ADC1SC1 Slide 26 6 3 内部寄存器内部寄存器 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 状态和控制寄存器2 ADC1SC2 Slide 27 6 3 内部寄存器内部寄存器 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 配置寄存器 ADC1CFG Slide 28 6 3 内部寄存器内部寄存器 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 配置寄存器 ADC1CFG Slide 29 6 3 内部寄存器内部寄存器 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 结果数据寄存器 ADC1RH ADC1RL ADC1RH包括10位转换结果的高2位 当配置为8位转换方式时 ADR8和ADR9 等于0 ADC1RL包括10位转换结果的低8位或者8位转换的所有8位结果 Slide 30 6 3 内部寄存器内部寄存器 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 比较值寄存器 ADC1CVH ADC1CVL ADC1CVH包括10位比较值的高2位 ADC1CVL包含10位比较值的低8位或者8 位比较值的所有位 如果允许比较功能 这两位用来和接下来的10位转换结果或8位结果的低8位进 行比较 Slide 31 6 3 内部寄存器内部寄存器 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 初始化ADC通道顺序 在ADC模块能进行采样 转换之前 必须对它进行一序列初始化操作 典型初始化过程如下 更新配置寄存器ADCCFG以选定输入时钟源和分频因子来产生内部时钟ADCK 此寄存器还用于 选定采样时间和低功耗配置 更新状态和控制寄存器2 ADSC2 以选定启动方式是硬件启动还是软件启动 是否允许比较功 能等 更新状态和控制寄存器1 ADSC1 以选定是采用连续转换还是单次转换 是否允许转换结束中 断等 此时也选定对哪一个通道上的电压进行转换 Slide 32 6 4 ADC应用举例应用举例 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China ADC模块配置如下 10位单次转换 低功耗 对通道1采用长采样时间 ADCK时钟 由总线时钟除以1得来 软件启动 禁止比较功能 允许ADC中断 写出ADC初始 化子程序ADC Init 经过分析 知ADC寄存器取值如表9 9所示 Slide 33 6 4 ADC应用举例应用举例 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China ADC模块配置如下 10位单次转换 低功耗 对通道1采用长采样时间 ADCK时钟 由总线时钟除以1得来 软件启动 禁止比较功能 允许ADC中断 写出ADC初始 化子程序ADC Init Slide 34 6 4 ADC应用举例应用举例 ADC Init ADC模块初始化 MOV 98 ADC1CFG 低功耗长采样 10位模式 ADC时钟 总线时钟 1 MOV 00 ADC1SC2 软件启动ADC 禁止比较功能 MOV 41 ADC1SC1 允许ADC中断 对ADC1通道启动单次转换 CLI 开总中断 RTS Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China ADC模块配置如下 10位单次转换 低功耗 对通道1采用长采样时间 ADCK时钟 由总线时钟除以1得来 软件启动 禁止比较功能 允许ADC中断 写出ADC初始 化子程序ADC Init ADC Init之后 一旦对ADC1通道 即PTB1管脚 电压进行采样 AD转换之后 如 何判断ADC转换结束 软件延时转换时间 查询COCO标志位状态 通过MCU的中断机制 一次转换结束后 如何启动下一次AD转换 因为采用单次软件启动方式 所以通过写ADC1SC1来启动下一次转换 若采用连续转换方式 该如何修改初始化代码 如何启动下一次转换 如何读取转 换结果 Slide 35 6 4 ADC应用举例应用举例 ADC Init ADC模块初始化 MOV 98 ADC1CFG 低功耗长采样 10位模式 ADC时钟 总线时钟 1 MOV 00 ADC1SC2 软件启动ADC 禁止比较功能 MOV 41 ADC1SC1 允许ADC中断 对ADC1通道启动单次转换 CLI 开总中断 RTS Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China Slide 36 6 4 ADC应用举例应用举例 ADC的中断向量表首地址为 FFD0 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 读取ADC1通道10位电压值 保存到 70 71单元的完整程序例子 Slide 37 6 4 ADC应用举例应用举例 org 0070 ADC R DS B 2 保存ADC结果 org 1860 ADC Init ADC模块初始化 RTS ADC IRQ LDA ADC1RH 读结果高位 STA ADC R 保存 LDA ADC1RL 读结果低位 同时清零COCO STA ADC R 1 保存 MOV 41 ADC1SC1 启动ADC1通道下一次单次转换 RTI 中断返回 Main JSR ADC Init ADC模块初始化 BRA 等待按键按下 org FFD0 ADC中断矢量地址 dc w ADC IRQ org FFFE 复位矢量地址 dc w Main 注 一定要先读高位再读低位 Copyright Yang Ming 2010 Electronics and Information Engineering Department of Huazhong University of Science and Technology Wuhan Hubei 430074 P R China 把按键1 4显示到一个LED数码管 平常数码管显示 0 KEY 1按下 数码管显示 1 KEY 2按下 数码管显示 2 KEY 3按下 数码管显示 3 KEY 4按下 数码管显示 4 Slide 38 上机练习上机练习0 KBI遗留 遗留 PTB6 GND PTB5 PTA2 PTA1 PTC0 BKGD PTA0 PTB7 PTG4 PTG0Y1 PTG1Y2 PTG2Y3 PTG3Y4 PTD4 PTD5 PTD6 PTD7 PTD0 PTD1 PTD2 PTD3 PTA5 PTA4 PTE5 PTE6 PTE0 PTE1 PTE2 PTE3 PTE4 PTA3 PTB1 PTC3 PTA7 RST PTC2 PTB0 PTA6 PTC1 PTF4 PTF5 PTF6 PTF0 PTF1 PTF2 PTF3 PTC5 BKGD PTB2 PTC4 3 3V PTB4 PTF7 PTC6 PTB3 PTE7 HDR 2X3 Socket 12 34 56 0 1uF 10M 22pF JUMP 2 10uF Tan 1 2 22pF 1K 4MHz PowerCLK PORTD PORTGPORTF PORTCPORTBPORTA PORTE MC9S08AW60 MC9S08AW60CPUE PTC4 1 IRQ 2 RESET 3 PTF0 TPM1CH2 4 PTF1 TPM1CH3 5 PTF2 TPM1CH4 6 PTF3 TPM1CH5 7 PTF4 TPM2CH0 8 PTC6 9 PTF7 10 PTF5 TPM2CH1 11 PTF6 12 PTE0 TxD1 13 PTE1 RxD1 14 PTE2 TPM1CH0 15 PTE3 TPM1CH1 16 PTE4 SS1 17 PTE5 MISO1 18 PTE6 MOSI1 19 PTE7 SPSCK1 20 VSS 21 21 VDD 22 22