物联与传感教程 14

任务3.1燃气监测的设计与实现为了构建一个安全、健康的校园环境，智慧监测校园燃气情况是非常有必要的。通过实时的燃气检测，可以及时发现和排除隐患，确保校园环境的安全稳定。其次，燃气泄漏不仅会引发安全事故，还可能导致中毒，影响师生的身体健康和学习生活质量，严格的检测和维护是保障校园内每个人的健康安全的重要措施。本任务将学习可燃气体传感器和CC2530的ADC转换的基本工作原理，通过CC2530的ADC驱动可燃气体传感器，从而实现对可燃气体浓度的检测。引入目录第一章节ADC01什么是ADC02ADC原理03ADC参数第二章节

任务设计与实现01CC2530的ADC模数转换02ADC相关概念03CC2530的ADC寄存器第一章节ADC01什么是ADC02ADC原理03ADC参数知识点01什么是ADC第一章节ADC

ADC（Analog-to-DigitalConverter）为模拟数字转换器（或称AD转换器）的简称。ADC是将模拟量转换为数字量的器件，常见的应用是将连续变化的电压值转换为数字量。原理是采样原理，可以简单理解为，以一定的频率采样电压值，使连续值变为离散值，也就得到了若干数字量。信号可以分成连续信号和离散信号。连续信号变化缓慢，没有突变。离散信号可以只有有限几个值。连续和离散是指信号的幅度，也可以指信号的时间。可以说连续变化的信号就是模拟信号，离散变化的信号是数字信号。什么是ADC第一章节ADC知识点02ADC原理第一章节ADC①抗混叠滤波(Anti-aliasing)，可以理解为一个低通滤波器②采样保持电路(Sampleandhold)③量化(Quantizer)④编码(Coder)量化和编码模拟信号通过ADC转换成数字信号的这一过程称为量化，由于量化输出的数字信号位数有限，所以输出的数字信号和你采样得到的模拟信号会有一个误差，被称为量化误差，对于一个N位ADC来说，假设其满量程电压为Vref,Vref被ADC分为2^N个区间，区间宽度(精度分辨率)用LSB(lastsignificantbit)表示,LSB=Vref/(2^N)。例如：16位ADC，满量程电压位为3.3V，所以LSB为3.3/65535=0.05mvAD转换过程ADC原理第一章节ADC模数转换器的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接ADC和直接ADC。间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，常用的有双积分型ADC。直接ADC则直接转换成数字量，常用的有并联比较型ADC和逐次逼近型ADC。并联比较型ADC：采用各量级同时并行比较，各位输出码也是同时并行产生，所以转换速度快。电路由三部分组成:分压器、比较器和编码器。这种A/D变换器的优点是转换速度快，缺点是所需比较器数目多，位数越多矛盾越突出。ADC原理第一章节ADC逐次逼近型ADC：它产生一系列比较电压VR，但它是逐个产生比较电压，逐次与输入电压分别比较，以逐渐逼近的方式进行模数转换的。它比并联比较型ADC的转换速度慢，比双分积型ADC要快得多，属于中速ADC器件。双积分型ADC：它先对输入采样电压和基准电压进行两次积分，获得与采样电压平均值成正比的时间间隔，同时用计数器对标准时钟脉冲计数。它的优点是抗干扰能力强，稳定性好；主要缺点是转换速度低。ADC原理第一章节ADC知识点03ADC参数第一章节ADC模拟信号在时域上是连续的，因此可以将它转换为时间上连续的一系列数字信号。这样就要求定义一个参数来表示新的数字信号采样自模拟信号速率。这个速率称为转换器的采样率（samplingrate）或采样频率（samplingfrequency）。ADC信号采样率：ADC参数第一章节ADCADC分辨率：ADC参数常用二进制的位数表示；例如8位的AD，可以描述255个刻度的精度（2的8次方），在它测量一个5V左右的电压时，它的分辨率是5V除以255，大约改变一个的刻度其改变的最小单位必须是0.02V。ADC的分辨率是指使输出数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量。第一章节ADCADC把模拟量转化为数字量，用数字量近似值标志模拟量，这个过程称之为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。实际上要准确表示模拟量，ADC的位数需要很大甚至无穷大。一个分辨率有限的ADC的阶梯转换特性曲线与具有无限分辨率的ADC转化特性曲线（直线）之间的最大偏差既是量化误差。ADC参数ADC量化误差：第一章节ADC本章节回顾ADC模数转换概念ADC模数转换概念ADC原理ADC转换过程ADC分类ADC参数ADC采样率ADC分辨率ADC量化误差第一章节ADC第二章节

任务设计与实现01CC2530的ADC模数转换02ADC相关概念03CC2530的ADC寄存器知识点01CC2530的ADC模数转换第二章节

任务设计与实现CC2530的ADC支持多达14位的模拟数字转换，具有多达12位的ENOB（有效数字位）。它包括一个模拟多路转换器，具有多达8个各自可配置的通道；以及一个参考电压发生器。转换结果通过DMA写入存储器。还具有若干运行模式。CC2530的ADC模数转换功能框图:CC2530的ADC模数转换第二章节

任务设计与实现01可选取的抽取率，设置分辨率（7~12位）。028个独立的输入通道，可接收单端或差分信号。03参考电压可选为内部单端、外部单端、外部差分或AVDD5。04单通道转换结束可产生中断请求06可将片内温度传感器作为输入07电池电压测量功能。05序列转换结束可发出DMA触发。CC2530的ADC模数转换第二章节

任务设计与实现端口0引脚可以配置为ADC输入端，依次为AIN0~AIN7：可以将一个对应AVDD5/3的电压作为ADC输入，实现电池电压监测。片上温度传感器的输出也可以作为ADC的输入用于测量芯片的温度。差分输入对：AIN0~AIN1、AIN2~AIN3、AIN4~AIN5、AIN6~AIN7。可以把输入配置为单端输入或差分输入。单端电压输入AIN0~AIN7，以通道号码0~7表示；四个差分输入对则以通道号码8~11表示；温度传感器的通道号码为14；AVDD5/3电压输入的通道号码为15。负电压和大于VDD的电压都不能用于这些引脚。CC2530的ADC模数转换第二章节

任务设计与实现知识点02ADC相关概念第二章节

任务设计与实现ADC相关概念序列ADC转换可以按序列进行多通道的ADC转换，并把结果通过DMA传送到存储器，而不需要CPU任何参与。单通道ADC转换在程序设计中，通过写ADCCON3寄存器触发单通道ADC转换，一旦寄存器被写入，转换立即开始。参考电压内部生成的电压、AVDD5引脚、适用于AIN7输入引脚的外部电压，或者适用于AIN6~AIN7输入引脚的差分电压。转换结果数字转换结果以2的补码形式表示。对于单端，结果总是正的。对于差分配置，两个引脚之间的差分被转换，可以是负数。当ADCCON1.EOC设置为1时，数字转换结果可以获得，且结果总是驻留在ADCH和ADCL寄存器组合的MSB段中。中断请求通过写ADCCON3触发一个单通道转换完成时，将产生一个中断，而完成一个序列转换时，是不产生中断的。当每完成一个序列转换，ADC将产生一个DMA触发。第二章节

任务设计与实现知识点03CC2530的ADC寄存器第二章节

任务设计与实现CC2530中与ADC相关的寄存器有6个，这6个寄存器分别是：01ADCH（ADC转换结果高位存放寄存器）02ADCL（ADC转换结果低位存放寄存器)03ADCCON1（ADC通用控制寄存器1）04ADCCON2（ADC通用控制寄存器2）05ADCCON3（ADC通用控制寄存器3）06APCFG（ADC通道配置寄存器）CC2530的ADC寄存器第二章节

任务设计与实现位名称复位R/W描述7:2ADC[5:0]000000RADC转换结果的低位部分1:0-00R0没有使用。读出来一直是0位名称复位R/W描述7:0ADC[13:6]0x00RADC转换结果的高位部分。CC2530的ADC寄存器数据低位寄存器（ADCL）数据高位寄存器（ADCH）第二章节

任务设计与实现位名称复位R/W描述7EOC0R/H0转换结束。当

ADCH

被读取的时候清除。如果已读取前一

数据之前，完成一个新的转换，

EOC位仍然为高。0：

转换没有完成1：

转换完成6ST0

开始转换。读为1，直到转换完成0：

没有转换正在进行1：

如果ADCCON1.STSEL=

11并且没有序列正在运行就

启动一个转换序列。5:4STSEL[1:0]11R/W1启动选择。选择该事件，将启动一个新的转换序列。

00：

P2.0引脚的外部触发。01：

全速。不等待触发器10：

定时器1通道0比较事件11：

ADCCON1.ST=

13:2RCTRL[1:0]00R/W控制

16位随机数发生器（第13章）。当写

01

时，当操作

完成时设置将自动返回到

00。00：正常运行。(13X

型展开)01：LFSR

的时钟一次(没有展开)10：

保留11：停止。关闭随机数发生器1:0-11R/W保留。一直设为

11。CC2530的ADC寄存器ADC控制寄存器1（ADCCON1）第二章节

任务设计与实现位名称复位R/W描述7:6SREF[1:0]00R/W选择参考电压用于序列转换00：

内部参考电压01：

AIN7

引脚上的外部参考电压10：

AVDD5

引脚11：

AIN6-AIN7

差分输入外部参考电压5:4SDIV[1:0]01R/W为包含在转换序列内的通道设置抽取率。抽取率也决定完成转换需要的

时间和分辨率。00：

64抽取率(7位

ENOB)01：

128抽取率(9位

ENOB)10：

256抽取率(10位

ENOB)11：

512抽取率(12位

ENOB)3:0SCH[3:0]0000R/W序列通道选择。选择序列结束。

一个序列可以是从AIN0

到

AIN7

(SCH<=7)也可

以

从

差

分

输

入AIN0-AIN1到

AIN6-AIN7

(8<=SCH<=11)

。对于其他的设置，只能执行单个转换。当读取的时候，这些位将代表有转换进行的通道号码。0000：

AIN0

0001：

AIN1

0010：

AIN2

0011：

AIN3

0100：

AIN4

0101：

AIN5

0110：

AIN6

0111：

AIN71000：

AIN0-AIN1

1001：

AIN2-AIN3

1010：

AIN4-AIN5

1011：

AIN6-AIN7

1100：

GND

1101：

正电压参考1110：

温度传感器

1111：

VDD/3CC2530的ADC寄存器ADC控制寄存器2（ADCCON2）第二章节

任务设计与实现位名称复位R/W描述7:6EREF[1:0]00R/W选择用于额外转换的参考电压00：

内部参考电压01：

AIN7

引脚上的外部参考电压10：

AVDD5

引脚11：

在

AIN6-AIN7差分输入的外部参考电压5:4EDIV[1:0]00R/W设置用于额外转换的抽取率。抽取率也决定了完成转换需要的时间和

分辨率。00：

64抽取率(7位

ENOB)01：

128抽取率(9位

ENOB)10：

256抽取率(10位

ENOB)11：

512抽取率(12位

ENOB)3:0ECH[3:0]0000R/W单个通道选择。选择写

ADCCON3

触发的单个转换所在的通道号码。

当单个转换完成，该位自动清除。0000：

AIN0

0001：

AI