MSP430G2553內(nèi)部ADC原理及例程說(shuō)明

MSP430單片機(jī)擁有內(nèi)置的ADC功能，在一些高級(jí)單片機(jī)系列上是ADC12，在低級(jí)單片機(jī)系列上是ADC10，兩者的主要區(qū)別是分辨率的不同，我們的G2553內(nèi)置的就是ADC10。

·高達(dá)200ksps的轉(zhuǎn)換速率；

·固定的10位轉(zhuǎn)換；

·具有采樣保持功能，并可選采樣周期；

·可以通過軟件代碼或TimerA初始化轉(zhuǎn)換；

·可選的片內(nèi)（1.5V或2.5V）或片外參考電壓；

·支持8個(gè)外部輸入通道；

·內(nèi)部輸入通道支持溫度檢測(cè)，VCC和外部參考（+、—）；

·可選的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源；

·單通道單次/多次、序列通道單次/多次，共4種轉(zhuǎn)換模式；

·ADC內(nèi)核和參考電壓都可單獨(dú)關(guān)閉；

·具有一個(gè)支持自動(dòng)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制器（DTC）；

圖1-1 ADC10結(jié)構(gòu)

中間兩塊橙色的區(qū)域，右邊五邊形的是一個(gè)“10-bit SAR”，翻譯過來(lái)就是一個(gè)10位精度的逐次逼近比較型的ADC內(nèi)核， ADC轉(zhuǎn)換就是在這里完成的。左邊橙色矩形區(qū)域的“Sample and Hold”即采樣保持電路，它將外部或者內(nèi)部的模擬信號(hào)進(jìn)行保持以實(shí)現(xiàn)ADC轉(zhuǎn)換過程中的信號(hào)穩(wěn)定。

采樣保持電路可以將左邊選擇器（紅色梯形區(qū)域）內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行保持。由于SAR只有一個(gè)，要對(duì)里里外外這么多信號(hào)都進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換就必須按順序來(lái)，一個(gè)一個(gè)選擇性地輸入，這個(gè)選擇器就是用來(lái)選擇要輸入的外部或者內(nèi)部模擬信號(hào)。上面綠色矩形框控制著選擇器選擇哪個(gè)信號(hào)以及是否自動(dòng)按序列選擇。

ADC10模塊像TimerA模塊一樣也需要有時(shí)鐘信號(hào)支持，有了時(shí)鐘，SAR這個(gè)逐次逼近比較內(nèi)核才能夠運(yùn)行（因?yàn)樗�是逐次的嘛），形象地說(shuō)時(shí)鐘就是SAR的動(dòng)力。我們看到藍(lán)色區(qū)域，這里可以選擇ACLK、MCLK和SMCLK，另外還有一個(gè)ADC10OSC，這個(gè)時(shí)鐘是ADC10模塊自帶的，頻率在5MHz左右。和TimerA一樣，這些時(shí)鐘也可以通過分頻器進(jìn)行分頻。采樣信號(hào)可以由ADC10SC位或TimerA的三個(gè)比較匹配器輸出端來(lái)觸發(fā)。而且通過ISSH可以設(shè)置是上邊沿觸發(fā)還是下邊沿觸發(fā)。采樣觸發(fā)信號(hào)發(fā)出一次，ADC10就會(huì)立即從通道選擇器中選擇要采樣的信號(hào)經(jīng)過采樣保持電路進(jìn)入到SAR中進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。

AD轉(zhuǎn)換，其本質(zhì)就是對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行量化（就是在幅度上對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼），既然是量化，那么肯定要有參考的標(biāo)準(zhǔn)， SAR這個(gè)五邊形的橙色框，上面有“VR-”和“VR+”兩個(gè)輸入端，這兩個(gè)輸入端就是SAR的參考源。其中，負(fù)端可以由SREF2來(lái)決定由AVSS（可認(rèn)為GND）或者VREF-/VeREF-來(lái)輸入得到。而正端可以由SREF0、SREF1來(lái)決定由內(nèi)部或者外部參考電平輸入得到。內(nèi)部支持1.5V或者2.5V，外部由外部引腳輸入得到。ADC10同時(shí)支持將內(nèi)部參考電平輸出到外部，而且為了保持其低功耗的優(yōu)勢(shì)，還可以由REFBURST來(lái)降低平均電流。

沿著SAR下面空心粗箭頭看到一個(gè)棕紅色框“ADC10MEM”，這個(gè)寄存器就是用來(lái)存放得到的AD值的。我們只要讀取ADC10MEM的值就可以得到AD值了。為了實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)，MSP430支持DTC功能，就是數(shù)據(jù)傳輸控制功能，它可以支持將ADC10MEM中的數(shù)據(jù)自動(dòng)存放至RAM、Flash或者其他外設(shè)中而不用CPU干預(yù)。

MSP430內(nèi)置了一個(gè)溫度傳感器（淺藍(lán)色方框），可以通過設(shè)置輸入通道為0x0A來(lái)選擇輸入溫度模擬量。這樣的設(shè)計(jì)讓我們不用外部溫度芯片就可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的溫度檢測(cè)。

·12~11-ADC10SHT：ADC10采樣保持時(shí)間

  00：4 x ADC10CLKs

  01：8 x ADC10CLKs

  10：16 x ADC10CLKs

  11：64 x ADC10CLKs

·10-ADC10SR：ADC10采樣速率，該位用于選擇最大采樣速率下的參考電平緩沖驅(qū)動(dòng)能力。ADC10SR置1可以減少參考電平緩沖器的電流消耗

  0：參考電平緩沖器支持最大速率到200ksps

  1：參考電平緩沖器支持最大速率到50ksps

·9-REFOUT：參考電平輸出允許位，用來(lái)控制是否輸出參考電平

  0：參考輸出關(guān)閉   1：參考輸出打開

·8-REFBURST：參考電壓輸出控制位（REFOUT=1時(shí)有效）

  0：參考電壓持續(xù)對(duì)外輸出

  1：只有在采樣轉(zhuǎn)換期間參考電壓持續(xù)對(duì)外輸出

·7-MSC：多次采樣/轉(zhuǎn)換控制位（只在序列或多次轉(zhuǎn)換模式下有效）

  0：每次采樣與轉(zhuǎn)換時(shí)，由SHI的上升沿觸發(fā)

  1：由SHI的第一個(gè)上升沿觸發(fā)采樣定時(shí)器，后面的采樣與轉(zhuǎn)換由前一次轉(zhuǎn)換完成后立即執(zhí)行。

·6-REF2_5V：參考電壓發(fā)生器的電壓值選擇位（REFON=1時(shí)有效）

  0：1.5V    1：2.5V

·5-REFON：參考電壓發(fā)生器控制位，控制是否打開內(nèi)部參考電壓

  0：關(guān)閉內(nèi)部參考電壓發(fā)生器   1：打開內(nèi)部參考電壓發(fā)生器

·4-ADC10ON：ADC10控制位，控制是否使用ADC10模塊

  0：關(guān)閉ADC10模塊   1：打開ADC10模塊

·3-ADC10IE：ADC10中斷允許控制位，控制是否允許ADC10中斷

  0：中斷禁止  1：中斷允許

·2-ADC10IFG：ADC10中斷標(biāo)志位，如果ADC10MEM已經(jīng)裝滿轉(zhuǎn)換結(jié)果，該位置1.當(dāng)中斷申請(qǐng)唄接受后，它自動(dòng)復(fù)位，可以由軟件復(fù)位。在使用DTC時(shí)，當(dāng)完成一個(gè)數(shù)據(jù)塊的傳遞時(shí)，該位置1

  0：無(wú)中斷產(chǎn)生   1：有中斷產(chǎn)生

·1-ENC：ADC10轉(zhuǎn)換使能位，用來(lái)控制是否進(jìn)行轉(zhuǎn)換

  0：ADC10禁止   1：ADC10使能

·0-ADC10SC：軟件可控的采樣/轉(zhuǎn)換控制位。ADC10SC和ENC必須用一條指令同時(shí)置1。ADC10SC位可自動(dòng)復(fù)位

  0：無(wú)采樣/轉(zhuǎn)換開始  1：開始采樣/轉(zhuǎn)換

·15~12-INCH：輸入通道選擇，用來(lái)選擇進(jìn)行單次轉(zhuǎn)換的通道或序列轉(zhuǎn)換的最高通道，詳細(xì)見下面的表格

·11~10-SHS：采樣/保持輸入信號(hào)源選擇位
  00：ADC10SC位
  01：TimerA.OUT1
  10：TimerA.OUT0
  11：TimerA.OUT2
·9-ADC10DF：ADC10數(shù)據(jù)格式選擇位
  0：二進(jìn)制格式（右對(duì)齊）  1：二的補(bǔ)碼格式（左對(duì)齊）
·8-ISSH：采樣/保持輸入信號(hào)反向控制位
  0：采樣輸入信號(hào)不反向  1：采樣輸入信號(hào)反向
·7~5-ADC10DIV：ADC10時(shí)鐘分頻選擇位，分頻系數(shù)=ADC10DIV+1
·4~3-ADC10SSEL：ADC10時(shí)鐘源選擇位
  00：ADC10OSC  01：ACLK  10：MCLK  11：SMCLK
·2~1-CONSEQ：轉(zhuǎn)換模式選擇位
  00：?jiǎn)瓮ǖ绬未无D(zhuǎn)換  01：序列通道單次轉(zhuǎn)換
  10：?jiǎn)瓮ǖ蓝啻无D(zhuǎn)換  11：序列通道多次轉(zhuǎn)換
·0-ADC10BUSY：ADC10忙標(biāo)志位，該位指示采樣或轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行
  0：表明沒有正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換  1：表明一個(gè)序列，采樣或者轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行

圖1-2 ADC10采樣和轉(zhuǎn)換過程時(shí)序圖

首先是我們的四個(gè)采樣觸發(fā)源（ADC10SC和3個(gè)TimerA OUT）產(chǎn)生了觸發(fā)信號(hào)，也就是SHI信號(hào)產(chǎn)生了一個(gè)脈沖，此時(shí)采樣開始，SAMPCON信號(hào)也同時(shí)置高。然后采樣時(shí)鐘進(jìn)行一段時(shí)間的計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)時(shí)，SAMPCON保持高電平不變，在tsync+tsample時(shí)間后，采樣完成，此時(shí)停止采樣并進(jìn)入到轉(zhuǎn)換階段。經(jīng)過13個(gè)ADC10CLK時(shí)鐘后，轉(zhuǎn)換階段也完成了。

該模式對(duì)由INCH選擇的單通道進(jìn)行一次采樣和轉(zhuǎn)換。ADC結(jié)果寫入到ADC10MEM。當(dāng)ADC10SC觸發(fā)一次轉(zhuǎn)換時(shí)，連續(xù)的轉(zhuǎn)換也可以通過將ADC10SC置位來(lái)觸發(fā)。當(dāng)使用其他任何觸發(fā)源來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，ENC必須在每次轉(zhuǎn)換間隔離，在ENC復(fù)位并再次置位前的采樣信號(hào)將被忽略。轉(zhuǎn)換流程見下圖：

該模式對(duì)一個(gè)序列的通道進(jìn)行一次采樣和轉(zhuǎn)換。序列通道將自動(dòng)選擇INCHx到A0作為當(dāng)前通道。每個(gè)ADC結(jié)果都存放到ADC10MEM。最后一個(gè)通道也就是A0轉(zhuǎn)換完畢后序列轉(zhuǎn)換就結(jié)束。當(dāng)ADC10SC啟動(dòng)一次，連續(xù)的轉(zhuǎn)換也可通過設(shè)置ADC10SC位來(lái)啟動(dòng)。當(dāng)任何其他觸發(fā)源用來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)，ENC必需在每次序列轉(zhuǎn)換間隔離，在ENC復(fù)位并再次置位前的采樣信號(hào)將被忽略。轉(zhuǎn)換流程見下圖：

該模式對(duì)由INCHx選定的通道進(jìn)行連續(xù)采樣和轉(zhuǎn)換。每次ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果都存放到ADC10MEM中。轉(zhuǎn)換流程見下圖：

該模式對(duì)序列通道進(jìn)行重復(fù)采樣和轉(zhuǎn)換。序列通道為從INCHx選擇的通道到A0。每次ADC結(jié)果都存放到ADC10MEM。通道A0轉(zhuǎn)換完成后序列轉(zhuǎn)換結(jié)束，下一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)重新啟動(dòng)序列轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換流程見下圖：

通過編寫程序，利用內(nèi)部集成的溫度傳感器，將測(cè)得的溫度模擬量信號(hào)傳華為數(shù)字量信號(hào)，并通過LCD屏幕顯示出來(lái)。

19. MSP430G2553內(nèi)部ADC原理及例程說(shuō)明.docx (572.6 KB, 下載次數(shù): 109)

2019-6-2 17:42 上傳

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