第十二章 ADC原理和应用

第十二章ADC原理和应用何宾2023.09主要内容ADC的原理ADC寄存器组设计实例一：直流电压的测量和显示ADC的原理

--ADC的内部结构STC32G系列单片机内集成了一个12位的高速ADC模块ADC的原理

--ADC的内部结构从图中可知，通过模拟多路选择开关（由ADC_CONTR寄存器的CHS3~CHS0字段控制），可以将16个通道的模拟信号（其中一个通道连接到内部1.19V参考源）复用到12位的ADC模块通过ADC配置寄存器ADCCFG中SPEED3、SPEED2、SPEED1和SPEED0位（SPEED[3:0]）的控制，该ADC模块的最高采样速率可以达到800KHz，即80万次采样/s（800ksamplepersecond，800kSPS）ADC的原理

--ADC的内部结构STC32G系列单片机的ADC模块由下面单元构成，包括模拟多路选择器比较器逐次比较寄存器12位数字模拟转换器（Digital-to-AnalogConverter，DAC）转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESLADC控制寄存器ADC_CONTRADC配置寄存器ADCCFGADC的原理

--ADC的内部结构该ADC采用逐次逼近寄存器（SuccessiveApproximationRegister，SAR）型结构，该结构是一种典型的闭环反馈系统在SAR型结构的ADC中，包含一个比较器和12位的DAC，通过逐次比较逻辑，从最高有效位（MostSignificantBit，MSB）开始，顺序地对每一个输入电压与内置DAC输出进行比较经过多次比较后，使的转换得到的数字量逼近输入模拟信号所对应的数字量的值。将最终得到的数字量保存在ADC转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL中将ADC控制寄存器ADC_CONTR中的转换结束标志ADC_FLAG置1，以供程序查询或者向CPU发出中断请求ADC的原理

--ADC的内部结构在使用ADC模块之前，需要预先将ADC_CONTR寄存器中的ADC_POWER位设置为“1”，给ADC模块上电，然后才能启动ADC转换ADC的原理

--ADC计算公式本节介绍ADC相关的计算公式，包括ADC转换速度计算公式ADC转换结果计算公式反推工作电压计算公式ADC计算公式

--ADC转换速度计算公式

ADC计算公式

--ADC转换速度计算公式

ADC计算公式

--ADC转换结果计算公式

ADC计算公式

--反推ADC输入电压计算公式

ADC寄存器组本节介绍STC32G系列单片机内的ADC寄存器组，包括ADC控制寄存器ADC配置寄存器ADC转换结果寄存器ADC时序控制寄存器ADC寄存器组

--ADC控制寄存器（ADC_CONTR)该寄存器位于SFR地址为0xBC的位置。当复位后，该寄存器的值为“00000000”ADC_POWERADC电源控制位。当该位为“0”时，关闭ADC电源；当该位为“1”时，打开ADC电源在使用ADC模块时，需要注意：在进入空闲模式和掉电模式前，关闭ADC电源以降低功耗在启动ADC转换前，一定要确认打开了ADC电源。在ADC转换结束后关闭ADC电源，可以降低功耗位索引76543210名字ADC_POWERADC_STARTADC_FLAGADC_EPWMTADC_CHS[3:0]ADC寄存器组

--ADC控制寄存器（ADC_CONTR)初次打开ADC电源后，需要等待大约1ms，使得ADC供电电源稳定后，再启动ADC转换过程ADC_STARTADC转换启动控制位。当该位为“1”时，启动ADC转换。当转换结束后，硬件自动将该位清0ADC_FLAGADC转换结束标志位。当ADC转换结束时，由硬件将该位设置为“1”，并向CPU提出中断请求，该位需要由软件清零ADC_EPWMT

使能PWM实时触发ADC功能ADC寄存器组

--ADC控制寄存器（ADC_CONTR)ADC_CHS[3:0]模拟输入通道选择控制位注：有P1.2引脚的单片机，该功能在P1.2引脚上；对于无P1.2引脚的单片机，该功能在P5.4引脚上ADC_CHS[3:0]ADC通道ADC_CHS[3:0]ADC通道0000P1.01000P0.00001P1.11001P0.10010P1.2/P5.4[1]1010P0.20011P1.31011P0.30100P1.41100P0.40101P1.51101P0.50110P1.61110P0.60111P1.71111测试内部1.19VADC寄存器组

--ADC配置寄存器（ADCCFG)该寄存器位于SFR地址为0xDE的位置。当复位后，该寄存器的值为“xx0x0000”RESFMT，ADC转换结果格式控制位当该位为“0”时，转换结果左对齐。即ADC_RES寄存器保存转换结果的高8位，ADC_RESL寄存器保存转换结果的低4位，并且这四位转换结果在ADC_RESL寄存器的高四位位索引76543210名字——RESFMT—SPEED[3:0]ADC寄存器组

--ADC配置寄存器（ADCCFG)

ADC寄存器组

--ADC转换结果寄存器寄存器ADC_RES位于SFR地址为0xBD的位置。当复位后，该寄存器的值为“00000000”寄存器ADC_RESL位于SFR地址为0xBE的位置。当复位后，该寄存器的值为“00000000”位索引76543210名字ADC_RES[7:0]，具体内容由RESFMT控制位索引76543210名字ADC_RESL[7:0]，具体内容由RESFMT控制ADC寄存器组

--ADC时序控制寄存器（ADCTIM）

位索引76543210名字CSSETUPCSHOLD[1:0]SMPDUTY[4:0]ADC寄存器组

--ADC时序控制寄存器（ADCTIM）

CSHOLD[1:0]