第6.4节 模数转换模块（ADC）

第6章DSP片上控制与采样外设6.4模数转换模块（ADC）6.4.1ADC特性

模数转换模块ADC有16个通道，可配置为2个独立的8通道模块，服务于ePWM模块。两个独立的8通道模块也可以级联构成一个16通道模块。尽管在模数转换模块中有多个输入通道和两个排序器，但仅有一个转换器。ADC模块的功能框图如图所示。6.4模数转换模块（ADC）6.4模数转换模块（ADC）ADC模块主要包括以下特点：带有两个采样/保持器（S/H）的12位模数转换模块ADC内核。同步或顺序采样模式。模拟输入电压范围：0V~3V。快速转换功能，ADC时钟频率为12.5MHz时为6.25MSPS。自动排序功能可一次性提供16通道“自动转换”，每次转换的通道可通过软件编程从16个通道中任意选择。16个结果寄存器存放ADC的转换结果，转换后的数字量表示为：

模拟输入0V

数字值=00V<模拟输入值<3V

数字值=

模拟输入值3V

数字值=4095有多个触发源启动ADC转换（SOC）：S/W软件立即启动；ePWM1~6；GPIOXINT2。灵活的中断控制，允许每个或每隔一个序列转换结束产生中断请求。排序器可工作在启动/停止模式，允许“多个排序触发”同步转换。在双排序器模式下，ePWM触发器可以独立工作。采样保持（S/H）采集时间窗口有独立的预定标控制。6.4.2ADC工作模式1.自动转换排序器的操作原理单排序器模式（级联构成16状态）6.4.2ADC工作模式1.自动转换排序器的操作原理双排序器模式（两个相互独立的8状态）6.4.2ADC工作模式1.自动转换排序器的操作原理

对于这两种排序器模式，模数转换模块ADC都可以对一系列转换进行自动排序。对于每次转换，可通过模拟复用器选择16个输入通道中的任何一个。转换结束后，所选通道转换的数字量保存到相应的结果寄存器中用户也可以对同一通道进行多次采样，从而实现过采样，过采样比传统的单采样转换结果具有更高的分辨率。

在双排序器顺续采样模式下，一旦当前工作的排序器完成排序，就能响应来自任意排序器的下一个SOC请求。例如，假设当SEQ1产生ADC开始转换请求时，ADC正在对SEQ2进行转换，完成SEQ2的请求后会立即启动SEQ1。如果SEQ1和SEQ2的SOC请求同时挂起，则SEQ1排序器有更高的优先级。假设ADC模块正在处理SEQ1，SEQ1和SEQ2同时产生SOC请求，当ADC完成SEQ1的有效排序后，将会立即处理新的SEQ1的转换请求，SEQ2的转换请求仍然被挂起。6.4.2ADC工作模式1.自动转换排序器的操作原理ADC可以工作在同步采样模式或者顺序采样模式。对于每一个转换，由CONVxx位确定采样和转换的外部模拟量输入引脚。在顺序采样模式中，CONVxx的4位都用来确定输入引脚，最高位确定采用哪个采样/保持缓冲器，其它三位定义偏移量。

在同步采样模式中，CONVxx的最高位不起作用，每个采样/保持缓冲器对CONVxx寄存器低3位确定的引脚进行采样。

转换器首先转换采样保持器A中锁存的电压量，然后转换采样保持器B中锁存的电压量。采样保持器A转换的结果保持在当前的ADCRESULTn寄存器（假设排序器已经复位，SEQ1的结果放在ADCRESULT0），采样保持器B转换的结果保存在下一个ADCRESULTn寄存器（假设排序器已经复位，SEQ1的结果放在ADCRESULT1）。而结果寄存器指针每次加2（假设排序器已经复位，指向ADCRESULT2，存放下一SEQ1的结果）。6.4.2ADC工作模式（1）顺序采样模式

图6-62给出了顺序采样模式的时序图。此例中，ACQ_PS3~0位设置为0001b。C1代表结果寄存器更新时间，S表示采样窗的时间。CONVxx寄存器内包含了通道的地址：SEQ1的是CONV00，SEQ2的是CONV08。6.4.2ADC工作模式（2）同步采样模式

图6-63描述了同步采样模式的时序图。此例中，ACQ_PS3~0位设置为0001b。C1代表Ax通道结果寄存器更新时间，C2表示Bx通道结果寄存器更新时间，S表示采样窗的时间。CONVxx寄存器内包含了通道的地址：CONV00表示A0/B0通道，CONV01表示A1/B1通道。6.4.2ADC工作模式2.连续自动排序模式在8通道的排序器（SEQ1或SEQ2）模式下，SEQ1/SEQ2能在一次排序过程中对多达8个任意通道（级联模式时可达16通道）进行排序转换。转换流程如图6-64所示。每次转换的结果保存在相应的结果寄存器（SEQ1的为ADCRESULT0~ADCRESULT7，SEQ2的为ADCRESULT8~DCRESULT15）中，这些寄存器由低地址向高地址依次被填充。每个排序中的转换个数由MAX_CONVn（ADCMAXCONV寄存器中的一个3位或4位选择位）控制，该值在自动排序的转换开始时被装载到自动排序状态寄存器（ADCASEQSR）的排序计数器控制位（SEQCNTR[3:0]）。MAX_CONVn的值在0~7（级联模式下为0~15）范围内变化。当排序器从通道CONV00开始按顺序转换时，SEQ_CNTR的值从装载值开始向下计数，直到SEQ_CNTR等于0。一次自动排序完成的转换数为（MAXCONVn+1）。6.4.2ADC工作模式2.连续自动排序模式图6-64连续自动排序模式转换流程图6.4.2ADC工作模式2.连续自动排序模式ADCCHSELSEQn寄存器中指定的通道按规定的顺序进行转换。每次转换完成后SEQ_CNTR位自动减1，一旦SEQ_CNTR减到0，根据寄存器ADCTRL1中连续运行状态位（CONT_RUN）的不同，会出现两种情况：

如果CONT_RUN置1，转换序列自动重新开始（例如，SEQ_CNTR装入最初的MAXCONV1值，并且SEQ1通道指针指向CONV00）。在这种情况下，为了避免覆盖先前转换的结果，必须保证在下一个转换序列之前读走结果寄存器的值。当ADC模块产生冲突时，ADC内的仲裁逻辑保证结果寄存器的内容不会被破坏。

如果CONT_RUN没有被置位，排序器指针停留在最后状态，SEQ_CNTR继续保持0。为了在下一个启动时重复排序操作，在下一个SOC到来之前必须使用RST_SEQn位复位排序器。

2.连续自动排序模式（1）排序器的启动/停止模式除了连续的自动排序模式外，任何一个排序器（SEQ1、SEQ2或SEQ）都可工作在启动/停止模式，这种方式可在时间上分别与多个启动触发信号同步。一旦排序器完成了第一个排序，排序器不需要复位到初始状态CONV00也可以被重新触发（即排序器在中断服务子程序中未被复位）。因此，当一个转换序列结束时，排序器就停止在当前转换状态。在这种工作模式下，ADCTRL1寄存器中的连续运行位（CONT_RUN）必须设置为0。（2）同步采样模式

如果一个输入来自ADCINA0~ADCINA7，另一个输入来自ADCINB0~ADCINB7，ADC能够实现两个ADCINxx输入的同时采样。此外，要求两个输入必须有同样的采样保持偏移量（即，ADCINA4和ADCINB4，但不是ADCINA7和ADCINB6）。ADC模块工作在同步采样模式时，必须设置ADCTRL3寄存器中的SMODE_SEL位为1。2.连续自动排序模式（3）输入触发源每一个排序器都有一组可以使能或禁止的触发源。SEQ1、SEQ2和级联SEQ的有效输入触发如表6-76所示。SEQ1(排序器1)SEQ2（排序器2）级联SEQ软件触发（软件SOC）、ePWMxSOCA、

XINT2_ADCSOC软件触发（软件SOC）、ePWMxSOCB软件触发（软件SOC）、ePWMxSOCA、ePWMxSOCB、

XINT2_ADCSOC（4）排序器转换的中断操作排序器可以在两种工作方式下产生中断，这两种方式由ADCTRL2寄存器的中断使能位和中断模式控制位决定。下面的例2是对两种中断方式的应用，产生中断操作时序图如图6-66所示。对例2稍作修改即可说明中断模式1和中断模式2在不同工作模式的用途。3.ADC时钟ADC是通过ADCTRL3寄存器的ADCCLKPS[3：0]位来对HSPCLK分频的，然后再通过寄存器ADCTRL1中的CPS位进行2分频或不分频，最后输出的就是ADC模块的时钟ADCCLK。另外，ADC模块能够通过增大采样/保持时间来适应信号源阻抗的变化，这是由ADCTRL1寄存器中的ACQ_PS[3：0]位控制的。ADC的时钟电路结构如图6-67所示。3.ADC时钟ADC模块分为多个预定标阶段以产生任意需要的ADC运行时钟速度。图6-68给出了ADC模块的时钟选择方法。4.低功耗模式及上电顺序ADC支持三种独立的供电模式，这三种模式均由ADCTRL3寄存器的三个独立控制位控制。分别是ADC上电、ADC掉电和ADC关闭，具体控制方式如表6-77所示。供电模式ADCBGRFDN1ADCBGRFDN0ADCBGRFDNADC上电（powerup）111ADC掉电（powerdown）110ADC关闭（off）000保留10x保留01xADC复位即进入关闭状态。当给ADC上电时，可按照如下顺序：1）若需使用外部参考源，需在ADCREFSEL寄存器的15~14位中使能。这必须要在带隙参考源上电之前完成。2）通过设置ADCTRL3寄存器中的ADCBGRFDN和ADCPWDN位，给参考信号、带隙和模拟电路同时上电。3）至少延迟5ms后，才能开始第一次转换。当对ADC进行掉电操作，上述3个控制位可以同时被清零。ADC模块供电等级必须通过软件控制，并且是独立于设备供电模式的。4.低功耗模式及上电顺序5.ADC参考电压选择

默认情况下，是用内部产生的带隙基准电压源供应给ADC。基于客户的应用需求，ADC的电压也可由一个外部参考电压源提供。该ADC可以接受ADCREFIN引脚上的2.048V、1.5V、或1.024V的电压值。参考源的选择由ADCREFSEL寄存器的值决定。内部参考选项确定后ADCREFIN引脚可与外部电源相连、悬空或接地。不管选择哪一个，ADCRESEXT、ADCREFP和ADCREFM引脚的外部电路是相同的。

通常选择外部参考电压为2.048V来匹配工业标准参考元件。这些元件在不同的温度等级均可用。2.048V参考电压连接图如图6-69所示。6.4.3ADC校准ADC校准程序ADC_cal在出厂时直接编写到TI保留的OTP存储器中。bootROM根据芯片具体的校正数据自动调用ADC_cal程序以初始化ADCREFSEL和ADCOFFTRIM寄存器。

由于TI保留的OTP存储器是安全模块，所以ADC_cal程序必须要从安全存储器中调用或在代码安全模块解锁后在非安全存储器调用。如果系统复位或ADC模块被ADCTRL1寄存器中的RESET位复位，则校准